3D SRAM（三維靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）可顯著提升容量 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用受到重視

　　3D SRAM，三維靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，是一種將存儲(chǔ)單元垂直堆疊形成三維結(jié)構(gòu)，且通電時(shí)數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)久存儲(chǔ)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

 

　　SRAM，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，利用晶體管存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，在通電狀態(tài)下數(shù)據(jù)可以恒常保存，當(dāng)斷電時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。與DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）相比，SRAM集成度較低、相同體積下容量較小，但工作速度快。SRAM主要用作二級(jí)高速緩存。

 

　　憑借高處理速度、高可靠性、高制造工藝兼容性等優(yōu)點(diǎn)，SRAM適合用來(lái)制造存算一體芯片。存算一體芯片將存儲(chǔ)單元、計(jì)算單元功能集于一體，目的是大幅提高數(shù)據(jù)處理效率。為充分滿足存儲(chǔ)、計(jì)算需求，SRAM需要優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其面積密度，在體積不變情況下提升容量。3D SRAM因此被開(kāi)發(fā)問(wèn)世。

 

　　根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2025-2030年中國(guó)3D SRAM（三維靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，由于每個(gè)存儲(chǔ)單元需要多個(gè)晶體管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致SRAM集成度低。3D SRAM通過(guò)垂直堆疊存儲(chǔ)單元的方法來(lái)提升密度，可以規(guī)避傳統(tǒng)SRAM容量受面積密度限制的問(wèn)題，能夠在保持芯片體積不變的情況下顯著提升容量，滿足算力需求。3D SRAM通常采用TSV（硅通孔）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直堆疊。

 

　　從技術(shù)研究成果方面來(lái)看，2024年5月，遼寧材料實(shí)驗(yàn)室與山西大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、中山大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、山東大學(xué)等聯(lián)合，設(shè)計(jì)出了一種基于范德華界面插層的量子效應(yīng)摻雜范式，并借此制造出三維集成的垂直靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器器件（3D SRAM），相關(guān)研究成果發(fā)表于《Nature》。

 

　　從產(chǎn)業(yè)化發(fā)展來(lái)看，2021年11月，AMD推出Zen 3架構(gòu)處理器，首次采用3D垂直緩存（3D V-Cache）技術(shù)，使用7nm制程工藝SRAM芯片進(jìn)行堆疊；2024年7月，富士通介紹基于“云原生3D眾核”架構(gòu)的MONAKA處理器，其采用3D SRAM技術(shù)，包含144個(gè)Armv9架構(gòu)核心，計(jì)劃2027年出貨。

 

　　在人工智能、萬(wàn)物互聯(lián)背景下，數(shù)據(jù)產(chǎn)生量迅速增多，其存儲(chǔ)、計(jì)算需求快速增長(zhǎng)，為突破馮·諾依曼結(jié)構(gòu)瓶頸、提高算力，存算一體芯片受到關(guān)注，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)與布局企業(yè)不斷增多，例如我國(guó)恒爍股份正在布局基于SRAM的存算一體AI芯片。在此背景下，3D SRAM行業(yè)擁有廣闊發(fā)展空間。

 

　　新思界行業(yè)分析人士表示，我國(guó)3D SRAM行業(yè)發(fā)展與國(guó)際巨頭相比存在差距。2024年8月，我國(guó)工信部發(fā)布國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“微納電子技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)2024年度項(xiàng)目申報(bào)指南，提出面向高性能計(jì)算核心芯片架構(gòu)變革對(duì)集成電路三維器件與電路集成方式的突破需求，研究順序集成的同質(zhì)垂直互補(bǔ)器件（CFET）與在片三維靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（3D SRAM）集成技術(shù)。在政策推動(dòng)下，我國(guó)3D SRAM行業(yè)發(fā)展速度有望加快。

 

關(guān)鍵字： 3D SRAM 三維靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器