三星在存儲領(lǐng)域投資217億美元，DDR5蓄勢待發(fā)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/程文智）最近，據(jù)韓國媒體報道，三星電子預(yù)計今年在半導(dǎo)體行業(yè)投資35萬億韓元（約316億美元），其中，存儲半導(dǎo)體投資約24萬億韓元（約217億美元），晶圓代工領(lǐng)域投資11萬億韓元（約99億美元）。報道稱此次投資將會主要集中在西安二期工廠和平澤P2工廠。據(jù)悉，存儲相關(guān)設(shè)備的投資已經(jīng)先行。

西安二期為NAND Flash工廠，目前已訂購的設(shè)備將在今年6-7月交付產(chǎn)線用于生產(chǎn)128層V6 3D NAND。消息稱，西安二期工廠建成后合計月產(chǎn)能可達(dá)12萬片，約占三星電子全球產(chǎn)量的40%。

而平澤P2工廠為NAND Flash、DRAM和晶圓代工混合產(chǎn)線，產(chǎn)線擴(kuò)充之后預(yù)計NAND Flash月產(chǎn)能將增加18-30K；DRAM月產(chǎn)能將增加30-60K；晶圓代工月產(chǎn)能增加20K。

據(jù)了解，三星電子已經(jīng)開始訂購相關(guān)的半導(dǎo)體設(shè)備。韓國媒體報道特別指出，三星電子已于本月15日與DI簽署了一份合同，為下一代DRAM存儲器的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品DDR5購買價值3130萬美元（345億韓元）的半導(dǎo)體檢測設(shè)備。其實(shí)，三星電子在2020年2月份就宣布了成功研發(fā)出了DDR5芯片，預(yù)計2021年下半年可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

DDR5今年將接棒DDR4，它有哪些優(yōu)點(diǎn)？
自2012年9月，JEDEC協(xié)會宣布DDR4 SDRAM的最終規(guī)格到現(xiàn)在已經(jīng)過去9年了。如今JEDEC協(xié)會在2020年7月正式發(fā)布了新的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)DDR5-SDRAM最終規(guī)格，預(yù)示著DDR5將會接棒DDR4成為新的主流標(biāo)準(zhǔn)。

從JEDEC協(xié)會公布的信息來看，與上一代DDR4標(biāo)準(zhǔn)相比，DDR5將主電壓從1．2 V降低至1．1 V，最大芯片密度提高了4倍，最大數(shù)據(jù)速率提高一倍，突發(fā)長度增加一倍，存儲單元組數(shù)增加一倍?？梢哉f在速度、容量、能耗和穩(wěn)定性等方面，DDR5都來了一次全面的提升。

雖然DDR5的最高速率可高達(dá)6400Mbps，但能達(dá)到這個速率的產(chǎn)品近期應(yīng)該不會出現(xiàn)，最先推出的產(chǎn)品應(yīng)該是4800Mbps的產(chǎn)品，隨后才會推出5600Mbps，再然后才會有6400Mbps的產(chǎn)品出現(xiàn)。

其實(shí)從速率方面來看，DDR5發(fā)展還沒有LPDDR5快，LPDDR5的速率會更快，有業(yè)界人士表示，如果應(yīng)用更加注重性能而看重容量，則可以先選擇LPDDR5的產(chǎn)品。


新的DDR5除了容量更大，速度更快之外，也有一些殺手锏，比如雙通道DIMM、突發(fā)長度、占空比調(diào)節(jié)器、片上ECC等等。

具體來說，雙通道DIMM可以操控更多的核數(shù)量，以提升通道效率，進(jìn)而優(yōu)化內(nèi)存整體的能效。

片上ECC則強(qiáng)化了片上RAS，減輕了控制器的負(fù)擔(dān)。

增加了數(shù)據(jù)突發(fā)長度，DDR5將缺省的數(shù)據(jù)突發(fā)長度（Burst Length）從DDR4標(biāo)準(zhǔn)的BL8增加到了BL16，這樣就提高了命令／地址和數(shù)據(jù)總線的效率。也就是說，相同的CA總線讀寫事務(wù)可以在數(shù)據(jù)總線上實(shí)現(xiàn)兩倍的數(shù)據(jù)量，同時限制在同一Bank內(nèi)受到IO／陣列時序限制的風(fēng)險。突發(fā)長度的增加也可減少相同的64B緩存線數(shù)據(jù)負(fù)載存取所需的IO數(shù)量，減少存取特定數(shù)據(jù)量所需的命令，這對于功耗的控制十分有利。

此外，還有有占空比調(diào)節(jié)器、DRAM接收DQ均衡、內(nèi)部DQS延遲監(jiān)控等關(guān)鍵特性。

DDR5將首先在服務(wù)器領(lǐng)域得到應(yīng)用
DDR5標(biāo)準(zhǔn)推出之后，三星電子、美光、SK海力士等內(nèi)存和模塊制造商都已經(jīng)積極行動起來了，陸續(xù)推出了相關(guān)的樣品，為即將到來的新一波內(nèi)存升級潮積極備戰(zhàn)。按照以往的經(jīng)驗(yàn)，2021年DDR5將最先進(jìn)入服務(wù)器市場，之后隨著工藝穩(wěn)定和產(chǎn)能爬坡后，再逐漸向PC和消費(fèi)電子等領(lǐng)域滲透。

去年以來，在線辦公和遠(yuǎn)程教育需求爆發(fā)，云計算需求快速提升，拉動服務(wù)器需求增長，直接推動內(nèi)存接口芯片需求提高。據(jù)IDC預(yù)測，2020年-2025年，中國X86服務(wù)器市場規(guī)模有望以年復(fù)合增長率9.08%的速度穩(wěn)步增長，拉動上游內(nèi)存接口芯片銷售量保持增長勢態(tài)。對于DDR5內(nèi)存需求，IDC預(yù)計將從 2020年開始增長, 到2021年底將占DRAM總市場的25%，這一市場份額將逐步提升, 并在2022年達(dá)到44%。

對市場的預(yù)測，Omdia顯得更加保守一些，該機(jī)構(gòu)預(yù)測DDR5需求將在2021年開始激增，到2022年將占據(jù)全球DRAM市場的10%，到2024年將增長到43%。

其實(shí)DDR5的普及速度，還是要看CPU產(chǎn)品的支持，在服務(wù)器領(lǐng)域則要看占據(jù)服務(wù)器CPU整體出貨量90%以上的英特爾的態(tài)度。從目前公開的信息來看英特爾在2020年時打包票說Sapphire Rapids處理器會正式采用DDR5，2021下半年開始做小批量的生產(chǎn)。

AMD即將問世的Milan平臺仍沿用當(dāng)前主流解決方案DDR4，預(yù)計下一代Genoa平臺會有導(dǎo)入DDR5的規(guī)格，不過該平臺量產(chǎn)時間約為2022年，若要正式搭載DDR5，AMD的服務(wù)器存儲器解決方案最快2023年才會問世。

在ARM陣營方面，來自法國的初創(chuàng)公司SiPearl剛公布了代號“Rhea”(美洲鴕鳥)的處理器產(chǎn)品，采用臺積電7nm工藝制造，集成多達(dá)72個CPU核心，Mesh網(wǎng)格式布局，支持4-6個通道的DDR5內(nèi)存控制器。其發(fā)布時間定在2021年，因此對DDR5的導(dǎo)入也不會早于這個時間。

考慮到生產(chǎn)成本問題，服務(wù)器產(chǎn)品對存有溢價的DDR5產(chǎn)品接納程度較高，而PC產(chǎn)品對DDR5產(chǎn)品的規(guī)劃估計要到2022年才能落實(shí)，也就是說DDR5這兩年都將主要停留在產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證階段。

據(jù)悉，英特爾12 代酷睿 Alder Lake (ADL)混合架構(gòu)處理器會支持DDR5，但最早也要到2021年Q3。AMD的Zen4已經(jīng)規(guī)劃了對DDR5的支持，發(fā)布時間也在2021年。DDR5要全面在PC上普及，看來至少還需要2年的時間。

產(chǎn)業(yè)鏈準(zhǔn)備就緒，DDR5蓄勢待發(fā)
雖然說Intel和AMD都相繼推遲了他們在消費(fèi)級平臺上支持DDR5內(nèi)存的計劃，但追求性能且對價格不這么敏感的服務(wù)器平臺在2021年確實(shí)會上DDR5，至少Intel的線路圖上2021年的Sapphire Rapids服務(wù)器處理器是支持PCI-E 5.0和DDR5的。而內(nèi)存廠商肯定會比平臺廠商先一步把DDR5內(nèi)存推向市場。

根據(jù)三大DRAM原廠官網(wǎng)及公司公告顯示，三星、美光、SK海力士2020年已經(jīng)完成DDR5內(nèi)存研發(fā)，并具備大規(guī)模的量產(chǎn)能力：

SK海力士于2018年發(fā)布首顆2GB DDR5-6400模組，并于2020年10月宣布推出全球首款DDR5 DRAM；2020年1月，美光基于1znm制程技術(shù)的DDR5 RDIMM開始送樣，性能較DDR4提高85%以上；三星則于2020年2月份宣布成功研發(fā)出DDR5芯片。

近期，根據(jù)外媒TechPowerUp 的消息，十銓成功開發(fā)了 DDR5 SO-DIMM 內(nèi)存，并有望成為第一個參加英特爾和等平臺驗(yàn)證測試的公司。

另外，國產(chǎn)內(nèi)存廠商嘉合勁威正在積極布局導(dǎo)入DDR5內(nèi)存新技術(shù)，2021年將在深圳坪山率先量產(chǎn)DDR5。目前，嘉合勁威正在積極與芯片廠商溝通，導(dǎo)入和研發(fā)新一代的DDR5內(nèi)存技術(shù)，同時籌備配置DDR5生產(chǎn)線，有望在2021年第二季度推出單條16GB容量的DDR5內(nèi)存條。

除了大廠加快DDR5的布局外，LPDDR5已開始應(yīng)用在高端旗艦機(jī)上，比如紅米K30 Pro5G、iQOO3、一加 8Pro、中興 AXON 10s Pro等。

DDR5成品的推出離不開相關(guān)的供應(yīng)鏈廠商的支持，比如新思科技（Synopsys），瑞薩（Renesas），瀾起科技（Montage Technology），Rambus等廠商提供的相關(guān)產(chǎn)品和解決方案。目前這些廠商都已開始推出相關(guān)產(chǎn)品和解決方案。

Synopsys在2018年就推出了DDR5和LPDDR5 IP方案，據(jù)其官網(wǎng)信息顯示，采用DesignWare LPDDR5 IP之后，客戶可以節(jié)省大量的面積和功率，比以前的版本減少多達(dá)40％的面積。DesignWare DDR5 IP為分立器件和雙列直插式內(nèi)存模塊（DIMM）提供了單通道和雙通道方式，從而為人工智能和數(shù)據(jù)中心SoC帶來了速度最快的DDR存儲器接口解決方案。

Synopsys公司提供了完整的DDR5和LPDDR5 IP解決方案，其中包括控制器、PHY和驗(yàn)證IP。PHY和控制器通過最新的DFI 5.0接口無縫地進(jìn)行互操作。通過PHY中的嵌入式校準(zhǔn)處理器進(jìn)行的基于固件的訓(xùn)練優(yōu)化了啟動時內(nèi)存訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn)最高程度的數(shù)據(jù)可靠性和系統(tǒng)級別的余量。它還能夠快速更新訓(xùn)練算法，而無需更改硬件。

在2019年，Synopsys又為DDR5/4非易失性雙列直插式內(nèi)存模塊(NVDIMM-P)，推出業(yè)內(nèi)首個驗(yàn)證 IP (VIP)。

瀾起科技是國內(nèi)打入DRAM核心生態(tài)圈的唯一廠商，是全球可提供從DDR2到DDR4內(nèi)存全緩沖/半緩沖完整解決方案的主要供應(yīng)商之一。

據(jù)悉，2020年底，瀾起科技已經(jīng)完成了DDR5第一子代的研發(fā)，目前在做優(yōu)化和測試。在DDR5生態(tài)鏈重，瀾起科技可以提供RCD、DB、SPD、PMIC和Tempsensor等產(chǎn)品。

根據(jù)JEDEC定義，在DDR5時代，SPD將會成為內(nèi)存模組的標(biāo)配，不僅在服務(wù)器，在PC、筆記本電腦都需要至少一顆。按照內(nèi)存模組的歷史經(jīng)驗(yàn)，在DDR4時代，都是服務(wù)器先上量，然后筆記本電腦才會跟上，因?yàn)榉?wù)器比較高端，對成本不敏感、對性能追求高，隨著成本的控制才會向PC、筆記本電腦傳導(dǎo)。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計，現(xiàn)在全球服務(wù)器一年出貨量大約1200萬臺對應(yīng)的內(nèi)存模組大概在1.21億根左右；PC大約3億臺左右，大部分PC都是一根內(nèi)存條就夠了，極少數(shù)高端的可能需要多一點(diǎn)，假設(shè)每一個PC只有1根內(nèi)存條意味著至少3億根內(nèi)存條。所以一旦DDR5時代到來，經(jīng)過2-3年滲透DDR5成為主流，1.21+3億=4.21億根內(nèi)存模組都要SPD，在服務(wù)器價值量ASP在1美元以上，PC的ASP至少0.4-0.5美元，這意味著SPD的市場空間有2.5~3億美元。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，在服務(wù)器內(nèi)存中，至少需要1顆tempsensor，但tempsensor與PMIC、SPD不一樣。SPD是要也僅要一顆；tempsensor根據(jù)每個內(nèi)存模組廠商自己的需求來設(shè)計，可以有多種組合，比如（1）中間有1顆且這顆可與SPD封裝在1顆芯片里；（2）在兩邊各有一顆（3）中間1顆，旁邊兩顆，共三顆。

需要指出的是，瀾起科技在DDR5時代會同時推出Tempsensor、SPD、PMIC、RCD、DB等芯片產(chǎn)品。其中SPD方面瀾起科技與IDT各占50%市場份額，PMIC除了瀾起科技和IDC外，還有傳統(tǒng)的競爭者，不過內(nèi)存模組的PMIC應(yīng)該還有很多Know-how在里面，瀾起科技和IDT會更有優(yōu)勢。

在DDR5時代，PMIC、SPD在PC時代也要用，而RCD、DB短期不會在PC上，這是由于服務(wù)器內(nèi)存模組容量比較大，不過高端PC可能會用到RCD/DB芯片。

結(jié)語
可以預(yù)見的是2021年將會有更多的的DDR5產(chǎn)品推出，只是要全面普及，全面替代DDR4可能還需要一段時間，但不管怎樣，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)做好準(zhǔn)備，在需求發(fā)展的大趨勢下，只等CPU的到來了。