Den alltjämt största minnestillverkaren Samsung möter hårdare konkurrens än på decennier. Bolagets svårigheter att utveckla konkurrenskraftigt High-Bandwidth Memory (HBM) har lett till att SK Hynix gått om Samsung räknat i omsättning inom kategorin primärminne, DRAM. Samtidigt som Samsung har problem i spjutspetsen växer ett hot underifrån i form av Kina, som översvämmar marknaden med mindre avancerade men betydligt billigare minneskretsar.
Nu vill Samsung ta tillbaka initiativet och detta genom att blir först ut med 3D DRAM – en teknik som när den väl realiseras kommer revolutionera halvledarindustrin. För knappt ett år sedan framgick att Samsung avsåg kommersialisera tekniken till år 2030, men nu ska bolagsledningen antagit en ny plan där målet är att gå in i storskalig produktion (HVM) redan inom tre år.
Som bakgrund till behovet av 3D DRAM är att krympningen av traditionellt volatilt Dynamic Random Access Memory (DRAM) saktat ned kraftigt och närmar sig en fysikalisk vägg. Dagens mest avancerade DRAM tillverkas i 10-nanometersklassen och det är inte transistorerna i sig som är det stora farthindret, utan att de ackompanjerande kondensatorerna inte kan krympas hur smått som helst och samtidigt hålla adekvat laddning – det vill säga ett tillräckligt antal elektroner.
Tidigt 2010-tal stod industrin inför samma utmaning med icke-volatilt lagringsminne av typen NOT AND (NAND), där problemen började bli påtagliga runt 15–16 nanometer. Här var Samsung först att introducera en lösning i form av vad de kallade 3D V-NAND, där transistorer om 24 vertikala lager på samma krets placerats. Detta banade väg för fortsatt skalning av lagringsdensitet och idag är såväl Samsung som SK Hynix och Micron på god väg att introducera NAND-kretsar med över 400 lager.
Att ta samma 3D-koncept till DRAM har varit lättare sagt än gjort, men nu ska alltså Samsung se en väg framåt och hoppas bli först ut med nästa kvantkliv på minnessidan. Efter att ha forskat på olika typer av transistorer har bolaget landat i Vertical Channel Transistor (VCT) och i ett första steg kan 16 lager per krets vara en startpunkt. Grovt förenklat skulle detta möjliggöra just en 16-faldig ökning, det vill säga 1 600 procent, i minneskapacitet per krets och faktisk slutprodukt.
Skiftet till 3D DRAM har inte enbart dragit ut på tiden, utan tekniken väntas också bli en betydligt större utmaning att bemästra än 3D NAND. Tillverkningen blir betydligt mer komplex än för andra typer av minne i produktion idag och Samsung kommer behöva använda nya processer de aldrig tidigare prövat inom såväl front-end-delen som paketering.
Samsung är självklart inte ensamma om att arbeta på 3D DRAM utan rivalerna SK Hynix och Micron är också i slutskedet att ha färdigutvecklade koncept, som de sedermera kan bygga vidare på till faktiska produkter. Utan att ha facit i hand kan det säkert sägas att den som först går i mål kommer få rejäla konkurrensfördelar. Priserna för DRAM räknas i amerikanska dollar (USD) per gigabit (Gb), vilket gör att den som först lyckas få till vertikalt staplade DRAM-transistorer i det korta loppet kan få potentiellt hundratals procent högre marginaler än konkurrenterna.
