DRAM正转变为卖方市场 是时候寻找低成本的DRAM替代方案了
dram正转变为卖方市场，也为dram厂商写下利润新高纪录。就像石油危机一样，在dram危机下，客户必须为dram付出更多代价。现在正是寻找低成本替代方案的时候了！
动态随机存取存储器(dram)价格持续升温，而要缓解这个价格居高不下的问题并不容易，因为它并非来自供给与需求的失衡，而是源于平面dram的“摩尔定律”(moore’s law)终结。
2017年是dram位元需求强劲成长的一年。如图1所示，过去三年来，平面dram微缩已经大幅减缓了。因此，dram正转变为卖方市场，也为dram厂商写下利润新高纪录。就像石油危机一样，在dram危机下，客户必须为dram付出更多代价。因此，本文将讨论我们可以找到哪些低成本dram解决方案。
图1：dram发展蓝图的计划与现实 （来源：wsts、ic insights、david manners）
目前，诸如磁阻式随机存取存储器(mram)和相变存储器(pcm)等新兴记忆对于平面dram带来了挑战。然而，mram转向嵌入式应用，而pcm(如3d xpoint)则被用于高阶固态硬碟(ssd)应用。实际上，考虑到每位元成本、性能和可靠性，它们也很难直接取代平面dram，因此，新兴的存储器目前正在寻找自己的利基市场。
dram晶圆厂扩产是提高dram供应的一种方法。然而，dram厂商可能会犹豫不决，因为新厂的成本大约是升级晶圆厂的六倍。由于dram的横向微缩(lateral scaling)，dram供应商开始经由升级晶圆厂来提高dram产量，从而以2n倍数指数级地提高了dram位元输出。相形之下，新晶圆厂明显需要更多的投资，也只能线性提高dram位元输出，再加上制造成本较高，将使得dram的价格更昂贵。此外，以卖方市场来看，dram供应商也没什么特别有力的理由需要透过投资新晶圆厂来增加dram晶圆厂的产能。
因此，从平面dram转换到3d dram是大势所趋。如图2所示，采用3d dram可以增加每片晶圆的可切割晶片数(dpw)。只要3d dram的晶圆制造成本合理，而且易于制造生产，那么采用3d dram技术将有利于降低成本。
当然，3d dram对于dram微缩的延续至关重要。但遗憾的是，dram供应商尚未拥有自己的3d dram技术。
图2：3d dram可让每片晶圆切出更多的晶片与低成本dram
另一项建议是采用ddr4 nvdimm，以取代dram作为主存储器。非挥发性双列直插式存储器模组(nvdimm)有很多种类型；相较于其他以储存为导向的nvdimm，ddr4 nvdimm能够表现得和dram一样快，而且可以作为主存储器。几年前，英特尔(intel)的3d xpoint看好ddr4 nvdimm作为切入点，因为3d xpoint拥有nor型快闪存储器(flash)读取延迟低(低于100ns)的优点，因而能像dram一样快速运作。它也不需要预测软体，因而能够始终保持高性能。此外，采用单层储存(slc)的slc nor快闪存储器具有很高的耐久性。因此，ddr4 nvdimm的nor快闪存储器能够取代dram，并以大量的主存储器大幅提升系统性能，如图3所示。
如果能透过3d nor带来价格更可负担的nor快闪存储器，ddr4 nvdimm可能更具吸引力。预计第二代3d xpoint (即4层堆叠版本)可以实现大约dram成本的一半，但可能存在量产问题。
传统的平面nor由于单元(cell)尺寸较大(约10f2～12f2)而使得价格不菲。因此，3d nor对于ddr4 nvdimm来说必不可少。以3d nor的情况来看，成本大约会是每gb6美分。
图3：ddr4 nvdimm搭配3d dram与3d nor的配置
以10gb 3d dram加上1tb 3d nor来看，ddr nvdimm的成本大约是10美元+60美元=70美元。目前，业界正因持续高涨的dram价格而受冲击，只能坐待下一次低潮期的出现。许多分析师认为，目前这一波稳步上扬的态势只能说是dram的另一个荣景，预计接下来将随着市场供需平衡而出现低潮期。
然而，现在要预测未来的dram市场应该考虑更多因素。如果我们看看dram的历史就会发现，当dram位元需求成长超过45%时，就会开始出现下滑并导致供过于求。如今，摩尔定律已经不再适用于平面dram了，而其位元需求的成长也将会是过去23年来的最低点。不过，我们并未看到平面dram的位元需求成长率超过45%，预计未来也不至于出现任何低迷市况。
当然，我们现在还无法选择3d dram，因为技术尚未到位。使用3d nor的nvdimm能够大幅降低存储器子系统的总拥有成本，因为3d nor每gb约6美分的价格能够取代dram和ssd，同时作为主存储器和储存存储器。众所周知，过去几十年来，平面dram一直没什么进展。现在，我们必须开始创新dram了。
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2017年是dram位元需求强劲成长的一年。如图1所示，过去三年来，平面dram微缩已经大幅减缓了。因此，dram正转变为卖方市场，也为dram厂商写下利润新高纪录。就像石油危机一样，在dram危机下，客户必须为dram付出更多代价。因此，本文将讨论我们可以找到哪些低成本dram解决方案。
图1：dram发展蓝图的计划与现实 （来源：wsts、ic insights、david manners）
目前，诸如磁阻式随机存取存储器(mram)和相变存储器(pcm)等新兴记忆对于平面dram带来了挑战。然而，mram转向嵌入式应用，而pcm(如3d xpoint)则被用于高阶固态硬碟(ssd)应用。实际上，考虑到每位元成本、性能和可靠性，它们也很难直接取代平面dram，因此，新兴的存储器目前正在寻找自己的利基市场。
dram晶圆厂扩产是提高dram供应的一种方法。然而，dram厂商可能会犹豫不决，因为新厂的成本大约是升级晶圆厂的六倍。由于dram的横向微缩(lateral scaling)，dram供应商开始经由升级晶圆厂来提高dram产量，从而以2n倍数指数级地提高了dram位元输出。相形之下，新晶圆厂明显需要更多的投资，也只能线性提高dram位元输出，再加上制造成本较高，将使得dram的价格更昂贵。此外，以卖方市场来看，dram供应商也没什么特别有力的理由需要透过投资新晶圆厂来增加dram晶圆厂的产能。
因此，从平面dram转换到3d dram是大势所趋。如图2所示，采用3d dram可以增加每片晶圆的可切割晶片数(dpw)。只要3d dram的晶圆制造成本合理，而且易于制造生产，那么采用3d dram技术将有利于降低成本。
当然，3d dram对于dram微缩的延续至关重要。但遗憾的是，dram供应商尚未拥有自己的3d dram技术。
图2：3d dram可让每片晶圆切出更多的晶片与低成本dram
另一项建议是采用ddr4 nvdimm，以取代dram作为主存储器。非挥发性双列直插式存储器模组(nvdimm)有很多种类型；相较于其他以储存为导向的nvdimm，ddr4 nvdimm能够表现得和dram一样快，而且可以作为主存储器。几年前，英特尔(intel)的3d xpoint看好ddr4 nvdimm作为切入点，因为3d xpoint拥有nor型快闪存储器(flash)读取延迟低(低于100ns)的优点，因而能像dram一样快速运作。它也不需要预测软体，因而能够始终保持高性能。此外，采用单层储存(slc)的slc nor快闪存储器具有很高的耐久性。因此，ddr4 nvdimm的nor快闪存储器能够取代dram，并以大量的主存储器大幅提升系统性能，如图3所示。
如果能透过3d nor带来价格更可负担的nor快闪存储器，ddr4 nvdimm可能更具吸引力。预计第二代3d xpoint (即4层堆叠版本)可以实现大约dram成本的一半，但可能存在量产问题。
传统的平面nor由于单元(cell)尺寸较大(约10f2～12f2)而使得价格不菲。因此，3d nor对于ddr4 nvdimm来说必不可少。以3d nor的情况来看，成本大约会是每gb6美分。
图3：ddr4 nvdimm搭配3d dram与3d nor的配置
以10gb 3d dram加上1tb 3d nor来看，ddr nvdimm的成本大约是10美元+60美元=70美元。目前，业界正因持续高涨的dram价格而受冲击，只能坐待下一次低潮期的出现。许多分析师认为，目前这一波稳步上扬的态势只能说是dram的另一个荣景，预计接下来将随着市场供需平衡而出现低潮期。
然而，现在要预测未来的dram市场应该考虑更多因素。如果我们看看dram的历史就会发现，当dram位元需求成长超过45%时，就会开始出现下滑并导致供过于求。如今，摩尔定律已经不再适用于平面dram了，而其位元需求的成长也将会是过去23年来的最低点。不过，我们并未看到平面dram的位元需求成长率超过45%，预计未来也不至于出现任何低迷市况。
当然，我们现在还无法选择3d dram，因为技术尚未到位。使用3d nor的nvdimm能够大幅降低存储器子系统的总拥有成本，因为3d nor每gb约6美分的价格能够取代dram和ssd，同时作为主存储器和储存存储器。众所周知，过去几十年来，平面dram一直没什么进展。现在，我们必须开始创新dram了。
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