（文章來源：EEWORLD）
內(nèi)存——尤其是DRAM——已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點，因為它發(fā)現(xiàn)自己正處在提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵路上。

這并不是DRAM第一次成為人們關(guān)注的焦點。問題是，并不是所有的事情都以相同的速度發(fā)展，從處理器性能到晶體管設(shè)計，甚至到制造這些設(shè)備的技術(shù)，所有的事情都出現(xiàn)了串行瓶頸?，F(xiàn)在輪到回憶了。Rambus的IP核心產(chǎn)品營銷高級總監(jiān)Frank Ferro表示:“在瓶頸方面，內(nèi)存系統(tǒng)再次處于前沿。人工智能正在推動對內(nèi)存容量和帶寬的巨大需求。為了讓DRAM市場保持活躍，可能需要進(jìn)行規(guī)?；?、封裝，甚至是激進(jìn)的存儲單元（bit-cell）的創(chuàng)新。

為了滿足我們對內(nèi)存的需求，將當(dāng)前的DRAM擴(kuò)展到更小的維度以增加容量是一種明顯的策略。但是DRAM可能會遇到規(guī)模束縛。所以我們就需要新方法。也就是說，DRAM的擴(kuò)展結(jié)束之前已經(jīng)被錯誤地預(yù)測過了。十多年前，ITRS的路線圖說90nm制程將是DRAM的發(fā)展方向。Objective Analysis總負(fù)責(zé)人Jim Handy表示，我們現(xiàn)在處于16nm (1z)的位置。

DRAM有幾種不同的風(fēng)格，能夠吸引不同的應(yīng)用，甚至在人工智能中也是如此。對于ML訓(xùn)練，HBM是優(yōu)先的選擇。這是一種超過摩爾的方法，將很多個DDR芯片堆疊在一起后和GPU封裝在一起，實現(xiàn)大容量，高位寬的DDR組合陣列。這是一項相對較新的技術(shù)，而且這種能力是要付出代價的，但ML-training件制造商愿意為此付出代價。

除了普通的DDR內(nèi)存，還有最初用于圖形的GDDR和用于低功耗的LPDDR。后兩者正被應(yīng)用于汽車中的邊緣推理和高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)，以尋求容量、延遲、帶寬、功率和價格的平衡。

Rambus研究員、著名發(fā)明家Steven Woo表示:“DRAM有很多吸引人的特點，包括讀寫時間、功率和無限的續(xù)航能力?！边@些特性為任何其他想要挑戰(zhàn)DRAM的技術(shù)或方法設(shè)置了很高的門檻。Cadence的IP集團(tuán)產(chǎn)品營銷總監(jiān)馬克格林伯格(Marc Greenberg)表示，“就其售價而言，這是一項令人震驚的技術(shù)，”然而，如果DRAM停止縮放會發(fā)生什么呢?隨著時間的推移，這些優(yōu)勢會消失嗎?

所有DRAM變體的核心是基本存儲單元bit cel——電容器。Greenberg 解釋：“DRAM基本上是一個模擬電路。它們不會像數(shù)字電路那樣縮小，”縮放到更小的尺寸意味著縮小電容器的尺寸。這使得每個電容層上剩下的電子更少，這使得存儲單元的狀態(tài)更不穩(wěn)定。所以，訣竅在于找到一種方法，把更多的電子放到一個占地面積更小的電容器上。

使這成為可能的第一個變化是制造一個垂直型電容器結(jié)構(gòu)而不是一個水平的。這樣可以使電容器表面垂直放置，使其在不影響芯片表面的情況下生長。但這種增長是有限度的。據(jù)TechInsights的退休研究員Dick James介紹，即使是現(xiàn)在，DRAM存儲單元的縱橫比也高達(dá)30:1。Rambus指出，相比之下，迪拜的哈利法塔的高寬比僅為6:1，這僅為迪拜塔的五分之一。

當(dāng)這些錐形圓柱體的底部縮小，以便更多的東西可以裝到芯片上時，高度必須增加，以保持相同的電容器表面積，從而推動長徑比。Handy:“超高k電介質(zhì)可以通過增加每區(qū)域的電容來進(jìn)一步利用DRAM，盡管這些材料很難管理。”

簡化DRAM存儲單元電容，不按比例放大。先進(jìn)的縱橫比可以是這里所示的兩倍。DRAM已經(jīng)突破了許多預(yù)測的限制，到目前為止，這種情況還在繼續(xù)。基本比例預(yù)計通過1γ(γ)節(jié)點的發(fā)展。提前1 1α和β,節(jié)點之間有1.5到2年, 這花了我們6年的時間。HBM也提供了更大的容量與給定的存儲單元。隨著堆碼技術(shù)成本的下降，這也有助于延長DRAM壽命。

除容量之外，帶寬是另一個主要需求。Rambus的Woo表示，這一速度每5到6年就翻一番。雖然這有助于更快地提取內(nèi)容，但也使線路設(shè)計更加精巧。對于記憶內(nèi)外的信號而言，內(nèi)存完整性是一個重要的問題。此外，數(shù)據(jù)速率也對電源構(gòu)成了挑戰(zhàn)。特別是對于ML系統(tǒng)，數(shù)據(jù)移動是功率的主要貢獻(xiàn)因素，因此必須在增加帶寬的同時盡量降低功率。

參考建筑技術(shù)也有助于更好地利用我們的記憶，部分原因是成本原因。Handy表示，手機(jī)已經(jīng)從使用NOR flash和SRAM轉(zhuǎn)向使用NAND flash和DRAM。這使得設(shè)計更具挑戰(zhàn)性，但NAND閃存和DRAM的低成本使其值得一做。雖然這可能會大量使用到DRAM，但另一種技術(shù)已經(jīng)在侵蝕了DRAM市場。事實證明，更大的平均延遲不是通過添加更多的DRAM來實現(xiàn)的，而是通過在快速內(nèi)存之后添加更多的Flash來實現(xiàn)的。Handy在一個單獨的博客中詳細(xì)說明了原因，因為它不是直觀的。

盡管考慮了所有這些因素，DRAM的需求似乎并沒有減少，問題仍然是擴(kuò)展能持續(xù)多久，以及之后會發(fā)生什么。
（責(zé)任編輯：fqj）