DRAM的結(jié)構(gòu)可謂是簡單高效，每一個bit只需要一個晶體管另加一個電容。但是電容不可避免的存在漏電現(xiàn)象，如果電荷不足會導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯，因此電容必須被周期性的刷新，這也是DRAM的一大特點。而且電容的充放電需要一個過程，刷新頻率不可能無限提升，這就導(dǎo)致DRAM的頻率很容易達(dá)到上限，即便有先進(jìn)工藝的支持也收效甚微。Koilpass發(fā)布VLT技術(shù)，采用無電容結(jié)構(gòu)，顛覆傳統(tǒng)一個晶體管+一個電容器的DRAM存儲單元結(jié)構(gòu)。

無電容結(jié)構(gòu)改變傳統(tǒng)DRAM結(jié)構(gòu)

DRAM基本原理是利用電容內(nèi)存儲電荷的多寡來代表0和1，使用二進(jìn)制來表示內(nèi)存的最小單位。DRAM 利用MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息，一個DRAM的存儲單元存儲的是0還是1取決于電容是否有電荷，有電荷代表1，無電荷代表0。但時間一長，由于柵極漏電，代表1的電容會放電，代表0的電容會吸收電荷，這樣會造成數(shù)據(jù)丟失，因此需要一個額外設(shè)電路進(jìn)行內(nèi)存刷新操作。刷新操作定期對電容進(jìn)行檢查，若電量大于滿電量的1/2，則認(rèn)為其代表1，并把電容充滿電;若電量小于 1/2，則認(rèn)為其代表0，并把電容放電，藉此來保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性。

Kilopass的VLT采用無電容結(jié)構(gòu)，通過垂直方式實現(xiàn)晶閘管架構(gòu)，從而使存儲單元更加緊湊。緊湊的結(jié)構(gòu)加上所需的物理器件，構(gòu)造出制造工藝簡單的交叉點內(nèi)存，這將帶來一項與DDR標(biāo)準(zhǔn)兼容，并且比當(dāng)前頂尖的20納米DRAM制造成本低45%的新技術(shù)。

(Kilopass Technology首席執(zhí)行官 Charlie Cheng)

Kilopass Technology首席執(zhí)行官Charlie Cheng在本次活動中介紹道：“自2010年以來DRAM技術(shù)已放緩了前進(jìn)的腳步，DRAM技術(shù)受制于電容結(jié)構(gòu)的影響將停滯于10nm以上的工藝，無法進(jìn)步一縮小尺寸，但是20nm工藝上的電容器還存在著電容量太小的問題，VLT技術(shù)打破了傳統(tǒng)的DRAM電容式結(jié)構(gòu)，適合在現(xiàn)有的溝槽工藝中使用，無需任何電容。”

也正是VLT技術(shù)的無電容結(jié)構(gòu)使得其不需要進(jìn)行內(nèi)存刷新操作，不受電容結(jié)構(gòu)的漏電、高功率的影響，并在120度高溫下熱可改善功耗。VLT技術(shù)存儲技術(shù)無需任何新材料，可以做到與邏輯CMOS工藝100%兼容。“0”“1”之間的信號區(qū)別高達(dá)108倍。該技術(shù)現(xiàn)已通過30多種測試程序，并在20nm—31nm工藝上通過驗證，214種不同的VLT參數(shù)變化，可提高產(chǎn)品良率，降低成本。

助力云計算、服務(wù)器DRAM市場發(fā)展

未來隨著PC、手機(jī)等方面的市場需求向云計算/服務(wù)器等市場轉(zhuǎn)移，這種趨勢推動了云計算/服務(wù)器DRAM市場的發(fā)展。有報告預(yù)計，從2014年到2019年間的DRAM市場復(fù)合年增長率將達(dá)到9%，該數(shù)據(jù)表明DRAM市場的增長速度將快于整個芯片市場增長。然而當(dāng)前的DRAM技術(shù)用于該市場領(lǐng)域面臨著功耗太高的問題。

晶閘管在電學(xué)上等效于一對交叉耦合的雙極型晶體管。若采用較小的晶體管來降低功耗，則會使得漏電流增大，且較小的電容器結(jié)構(gòu)擁有更少的電容量，這將導(dǎo)致兩次刷新之間的間隔時間必須縮短。由于刷新周期頻率的加快，16Gb DDR DRAM中高達(dá)20%的原始帶寬將丟失，這給多核/多線程服務(wù)器中的CPU帶來負(fù)擔(dān)，使CPU必須擠壓每一點兒性能來保持系統(tǒng)競爭力。

由于VLT技術(shù)中不包含電容，使得這種結(jié)構(gòu)非常適合存儲器。與當(dāng)前基于電容的DRAM相比，VLT不需要復(fù)雜且高功耗的刷新周期，基于VLT的DDR4 DRAM將待機(jī)功耗降低了10倍，可降低到50fA/bit以下，且仍將性能提高15%，適合發(fā)展計算/服務(wù)器DRAM技術(shù)。最為關(guān)鍵的是，VLT避開了傳統(tǒng)DRAM制造中最大的挑戰(zhàn)，即溝電容的制造，從而規(guī)避了相關(guān)的專利沖突。