چین با فناوری جدید حافظه DRAM، برای رقابت با سامسونگ و اس‌کی هاینیکس آماده می‌شود

به گزارش خبرگزاری آنا؛ شرکت چینی چانگ‌شین مموری (CXMT)، یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان حافظه DRAM در جهان، از برنامه خود برای عرضه نسل جدیدی از حافظه‌های سروری خبر داده است که از معماری متفاوتی نسبت به حافظه‌های متداول استفاده می‌کنند. کائو کانیو، رئیس این شرکت، در چهارمین کنفرانس تراشه‌ها و چیپلت‌های یکپارچه که روز شنبه ۱۸ مهر در شانگهای برگزار شد، اعلام کرد نخستین محصول مبتنی بر معماری ۴F² تا پایان سال جاری میلادی معرفی خواهد شد. این محصول یک ماژول حافظه DDR۵ از نوع RDIMM است که برای سرور‌ها و سامانه‌های پردازشی سازمانی طراحی شده و در ساخت آن از ترانزیستور‌های عمودی و فناوری اتصال ترکیبی ویفر‌ها استفاده می‌شود. اهمیت این برنامه به آن است که شرکت‌های بزرگ صنعت حافظه تاکنون بیشتر دستاورد‌های خود در زمینه معماری ۴F² را در قالب مقالات پژوهشی و نمونه‌های آزمایشگاهی ارائه کرده‌اند و عرضه تجاری این فناوری هنوز به مرحله تثبیت‌شده‌ای نرسیده است.

کاهش ۳۳ درصدی مساحت سلول‌های حافظه

فناوری جدید CXMT بر تغییر ساختار فیزیکی سلول‌های حافظه DRAM تمرکز دارد. در معماری رایج ۶F²، مساحت هر سلول بر اساس شش برابر مربع کوچک‌ترین اندازه مشخصه فناوری ساخت محاسبه می‌شود، اما معماری ۴F² این مقدار را به چهار برابر کاهش می‌دهد. حرف F بیانگر حداقل اندازه مشخصه در فرایند ساخت تراشه است و کاهش مقدار آن در این رابطه به معنی امکان قرار دادن تعداد بیشتری سلول حافظه در سطح مشخصی از تراشه خواهد بود؛ بنابراین با فرض یکسان بودن فناوری ساخت و سایر شرایط، مساحت نظری هر سلول در معماری جدید حدود یک‌سوم کمتر از طراحی متداول خواهد بود.

مهم‌ترین تغییر برای دستیابی به این تراکم بیشتر، استفاده از ترانزیستور‌هایی است که به‌جای ساختار افقی، به‌صورت عمودی طراحی شده‌اند. CXMT فناوری اختصاصی خود را «ترانزیستور با گیت احاطه‌کننده عمودی» یا VSG نام‌گذاری کرده است. در این ساختار، کانال ترانزیستور به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد و گیت از اطراف آن را احاطه می‌کند تا کنترل دقیق‌تری بر جریان الکتریکی برقرار شود. به گفته شرکت سازنده، این طراحی علاوه بر کاهش فضای اشغال‌شده توسط سلول، به کاهش نشتی جریان و محدود کردن اثرات نامطلوب کوتاه شدن کانال ترانزیستور کمک می‌کند. این دو مسئله از چالش‌های اصلی تولید حافظه‌های DRAM با ابعاد کوچک‌تر محسوب می‌شوند.

کاهش مساحت سلول می‌تواند امکان افزایش تراکم ذخیره‌سازی را بدون نیاز به افزایش متناسب اندازه تراشه فراهم کند، اما این مزیت فعلاً در سطح محاسبات هندسی مطرح شده است. کوچک‌تر شدن سلول‌ها لزوماً به معنی کاهش ۳۳ درصدی اندازه کل تراشه یا افزایش قطعی ظرفیت محصول نهایی به همین نسبت نیست، زیرا مدار‌های جانبی، ساختار ارتباطی و محدودیت‌های فرایند تولید نیز بخشی از فضای تراشه را اشغال می‌کنند. میزان بهبود واقعی زمانی مشخص می‌شود که شرکت اطلاعاتی درباره تراکم تراشه، ظرفیت ماژول‌ها و بازده تولید منتشر کند.

اتصال ترکیبی ویفر‌ها و فناوری سه‌بعدی

معماری ۴F² تنها به تغییر جهت قرارگیری ترانزیستور‌ها محدود نمی‌شود و تولیدکنندگان حافظه برای استفاده از آن باید بخش‌هایی از فرایند ساخت خود را نیز بازطراحی کنند. یکی از روش‌های مورد توجه صنعت، جدا کردن فرایند ساخت آرایه سلول‌های DRAM از مدار‌های منطقی جانبی است که وظایفی مانند کنترل، آدرس‌دهی و انتقال داده را برعهده دارند. این دو بخش می‌توانند با فناوری‌های ساخت متناسب با نیاز‌های خود تولید شوند و سپس از طریق اتصال ترکیبی در سطح ویفر به یکدیگر متصل شوند. چنین روشی امکان بهینه‌سازی مستقل تراکم حافظه و عملکرد مدار‌های جانبی را فراهم می‌کند.

CXMT اعلام کرده پژوهش درباره فناوری اتصال ترکیبی ویفر‌ها را از سال ۲۰۱۹ آغاز کرده و در کنار توسعه ترانزیستور‌های عمودی، مجموعه‌ای از فناوری‌های لازم برای ساخت حافظه‌های متراکم‌تر را پیش برده است. این شرکت از سال ۲۰۲۱ تاکنون چندین مقاله پژوهشی درباره معماری ۴F² منتشر کرده و در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۵ نیز دستاورد‌های جدیدی در این زمینه ارائه داده است. به گفته کائو کانیو، بیش از ۳۰۰ خانواده پتنت منتشرشده مرتبط با این معماری در اختیار شرکت قرار دارد که بخش‌های مختلف طراحی سلول، ساخت ترانزیستور و روش‌های اتصال را پوشش می‌دهند.

پژوهش‌های مربوط به حافظه‌های متراکم‌تر پیش‌تر به ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی نیز منجر شده بودند و در کنفرانس IEDM سال ۲۰۲۳، نمونه‌ای از آرایه کامل حافظه با ظرفیت ۸ گیگابیت ارائه شد. با این حال تبدیل چنین نمونه‌هایی به محصولات تجاری نیازمند دستیابی به بازده تولید مناسب و اطمینان از پایداری عملکرد تراشه‌ها در شرایط واقعی است. استفاده از فناوری اتصال ترکیبی نیز به تجهیزات تولید دقیق و کنترل کیفیت پیچیده نیاز دارد و مشخص نیست CXMT تا چه اندازه توانسته این فرایند را برای تولید گسترده آماده کند.

رقابت مستقیم با سامسونگ و اس‌کی هاینیکس

برنامه CXMT در شرایطی اعلام شده که سامسونگ و اس‌کی هاینیکس نیز روی معماری‌های مبتنی بر ترانزیستور‌های عمودی کار می‌کنند. سامسونگ در کنفرانس ISSCC سال ۲۰۲۶، طراحی یک حافظه DRAM شانزده گیگابیتی مبتنی بر معماری ۴F² و فناوری ساخت کلاس ۱۰ نانومتری را معرفی کرد. این محصول پژوهشی از ترانزیستور‌های کانال عمودی استفاده می‌کند و آرایه سلول‌های حافظه از طریق فناوری اتصال ترکیبی مسی در سطح ویفر به مدار‌های جانبی متصل می‌شود. سامسونگ اعلام کرده این روش در شرایط طراحی یکسان می‌تواند تعداد تراشه‌های قابل تولید از هر ویفر را بیش از ۲۰ درصد افزایش دهد.

گزارش‌های منتشرشده در فروردین امسال حاکی از آن بودند که سامسونگ نمونه عملیاتی حافظه مبتنی بر ترانزیستور عمودی را با فناوری ساخت پیشرفته ۱۰a توسعه داده و تولید انبوه آن را برای سال ۲۰۲۸ هدف‌گذاری کرده است. با این حال گزارش‌های بعدی از تغییر برنامه توسعه و تفکیک نسخه مبتنی بر ترانزیستور عمودی با نام D۰a-V خبر دادند و اکنون زمان‌بندی قطعی برای تولید انبوه این معماری وجود ندارد. اس‌کی هاینیکس نیز در سال ۲۰۲۵ برنامه‌هایی برای توسعه حافظه‌های سه‌بعدی و استفاده از معماری ۴F² در فناوری‌های ساخت ۱۰ نانومتری و کوچک‌تر ارائه کرد. در این طرح‌ها، مدار‌های منطقی جانبی با استفاده از اتصال ترکیبی در زیر آرایه سلول‌های حافظه قرار می‌گیرند. وضعیت برنامه‌های میکرون در این زمینه مشخص‌تر نشده و این شرکت تاکنون زمان‌بندی عمومی دقیقی برای عرضه تجاری حافظه‌های ۴F² اعلام نکرده است.

به این ترتیب در صورت تحقق برنامه اعلام‌شده CXMT، این شرکت می‌تواند زودتر از رقبای بزرگ خود محصولی تجاری با معماری جدید ارائه کند. البته رونمایی از یک ماژول حافظه با عرضه گسترده و پایدار آن تفاوت دارد و هنوز مشخص نیست شرکت چینی قصد دارد در پایان سال چه تعداد ماژول تولید کند یا چه زمانی فروش گسترده آن‌ها را آغاز خواهد کرد.

افزایش سهم چین در بازار جهانی DRAM

برنامه توسعه معماری جدید هم‌زمان با رشد سهم CXMT در بازار جهانی حافظه انجام می‌شود. بر اساس آمار مؤسسه TrendForce، سهم این شرکت از درآمد جهانی DRAM در سه‌ماهه دوم سال ۲۰۲۶ به ۹.۵ درصد رسید که در مقایسه با سهم ۷.۶ درصدی سه‌ماهه نخست، افزایش قابل توجهی محسوب می‌شود. این رشد جایگاه چهارم بازار جهانی را برای CXMT تثبیت کرده است. در همین دوره سامسونگ با سهم ۳۹.۴ درصدی در رتبه نخست قرار داشت و اس‌کی هاینیکس و میکرون به‌ترتیب با سهم ۲۴.۹ و ۲۳.۳ درصدی رتبه‌های بعدی را در اختیار داشتند.

شرکت چینی همچنین در ۲۹ شهریور از آغاز تولید انبوه نسل پنجم پلتفرم فناوری DRAM خود موسوم به G۵ خبر داد. این مجموعه پیش‌تر نیز حافظه DDR۵ با سرعت ۸۰۰۰ مگاترنسفر بر ثانیه و حافظه کم‌مصرف LPDDR۵X با سرعت ۱۰۶۶۷ مگاترنسفر بر ثانیه را معرفی کرده بود. با این حال این مشخصات به محصولات قبلی شرکت مربوط هستند و نباید آن‌ها را به حافظه جدید مبتنی بر معماری ۴F² نسبت داد. افزایش سهم بازار و توسعه محصولات سریع‌تر، جایگاه CXMT را در رقابت با تولیدکنندگان کره‌ای و آمریکایی تقویت کرده است، اما ورود به بازار سرور‌های پیشرفته نیازمند اثبات عملکرد پایدار محصولات در مقیاس تجاری خواهد بود.

ورود معماری جدید به حافظه‌های سروری

انتخاب ماژول DDR۵ RDIMM به‌عنوان نخستین محصول معماری ۴F² نیز اهمیت دارد. این نوع حافظه که از رجیستر برای مدیریت سیگنال‌های کنترلی استفاده می‌کند، در سرور‌ها و ایستگاه‌های کاری حرفه‌ای به کار می‌رود و برای عملکرد پایدار در سامانه‌هایی طراحی شده که تعداد زیادی ماژول حافظه دارند. بازار سرور‌ها در سال‌های اخیر با افزایش استفاده از هوش مصنوعی، پردازش داده‌های حجیم و توسعه خدمات ابری رشد کرده و تولیدکنندگان حافظه برای پاسخ‌گویی به نیاز مشتریان سازمانی به دنبال افزایش ظرفیت و بهبود تراکم تراشه‌ها هستند.

CXMT پیش‌تر نیز ماژول‌های DDR۵ RDIMM تولید کرده بود، اما محصول تازه قرار است نخستین نمونه این شرکت باشد که از معماری سلول ۴F² بهره می‌برد. این تفاوت از آن جهت اهمیت دارد که فناوری جدید باید علاوه بر دستیابی به تراکم بالاتر، الزامات پایداری، سازگاری با پردازنده‌ها و مادربرد‌های سروری و عملکرد طولانی‌مدت را نیز برآورده کند. به همین دلیل موفقیت تجاری آن تنها به کوچک‌تر شدن سلول‌های حافظه وابسته نیست و میزان خطا، مصرف انرژی، هزینه تولید و نرخ بازده تراشه‌های سالم نیز در تصمیم مشتریان سازمانی نقش خواهد داشت.

شرکت چینی هنوز ظرفیت ماژول‌های جدید، سرعت انتقال داده، تعداد تراشه‌های مورد استفاده در هر ماژول، فناوری ساخت، قیمت، نام مشتریان اولیه و حجم تولید مورد انتظار را اعلام نکرده است. همچنین نتایج آزمایش مستقل از این محصول منتشر نشده و مشخص نیست تمام سلول‌های حافظه آن از معماری جدید استفاده خواهند کرد یا نخستین نسل محصول ترکیبی از فناوری‌های مختلف خواهد بود. در نتیجه برنامه عرضه تا پایان سال ۲۰۲۶ فعلاً یک زمان‌بندی اعلام‌شده از سوی سازنده است و ارزیابی مزیت واقعی آن نسبت به محصولات سامسونگ، اس‌کی هاینیکس و میکرون به انتشار مشخصات فنی و آزمایش نمونه‌های تجاری وابسته خواهد بود.