DRAMは、シンプルさと高密度という利点を持つ揮発性メモリです。
データ集約型AIがますます高速で大量のデータを必要とする中、LamはDRAMの変遷に合わせて継続的に革新を続けています。
Semi 101シリーズは、マイクロチップと半導体業界を理解するための初心者向けガイドです。部品からプロセス、関係者まで、あらゆる側面を網羅しています。
ダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）は、アプリケーションの実行、オペレーティングシステムの読み込み、リアルタイムタスクの処理など、コンピューティングシステムで迅速にアクセスする必要があるデータを一時的に保存するメモリの一種です。DRAMは数十年にわたりコンピューティングの基盤であり、初期のPCから現代のAIシステムまで、あらゆるものを支えてきました。
不揮発性/長期データストレージ用の別のメモリデバイスであるNAND（SSDで使用）とは異なり、DRAMは揮発性です。つまり、コンピューターの電源を切るとデータが失われます。
仕組み：DRAMはデータをコンデンサに保存します。コンデンサは電荷をリークするため、定期的に電荷を回復しないと保存された情報は消えてしまいます。このリフレッシュが必要なため、「ダイナミック」ランダムアクセスメモリと呼ばれています。
一時的なデータ保存は望ましくないように思えるかもしれませんが、DRAMの利点はそのシンプルさです。セル構造は1ビットあたり1つのトランジスタと1つのコンデンサのみを必要とするため、非常に高密度なアーキテクチャを実現できます。
これにより、半導体メーカーはDRAMの微細化を継続し、データ速度、容量、効率に対する絶え間ない要求に応えることができます。
DRAMの歴史
DRAMは1960年代後半に発明され、わずか数キロビットのデータしか保存できませんでしたが、磁気ストレージに比べて高速で手頃な価格のメモリを実現しました。
1980年代から1990年代にかけて、DRAMは標準化されたモジュール（SIMM（シングル・インライン・メモリ・モジュール））、そしてDIMM（デュアル・インライン・メモリ・モジュール）へと進化し、パーソナルコンピュータのブームを牽引しました。
今日のDRAM
今日のコンピューティングシステムは、現在第5世代（DDR5）のDDR（ダブル・データ・レート）同期式DRAM（SDRAM）を使用しています。DDR5は、以前の世代（DDR1からDDR4）と比較して、より高い帯域幅、より低い消費電力、そして優れた効率性を備えています。
これらの進歩は、AI、ゲーム、クラウドコンピューティングなどのデータ量の多いワークロードを処理する上で非常に重要です。DRAMのデータ密度は飛躍的に向上し、モジュールはキロビットではなくギガバイトを格納できるようになり、データ転送速度は毎秒数千メガ転送に達しています。
DRAMの3Dアーキテクチャへのスケーリング
今日のDRAM（2D DRAM）のほとんどは平面設計を採用しており、メモリセルの数はウェハの利用可能な表面積（長さと幅）によって制限されます。
半導体メーカーは数十年にわたり、コンデンサをより近接させることでDRAMの容量を拡張してきましたが、効率的なスケーリングが困難になってきているため、現在のDRAMアーキテクチャは限界に達します。
増大するメモリ需要を満たすには、より高密度で複雑なアーキテクチャと、新しい統合アプローチが必要です。
次世代DRAMは、6F²から4F²へと移行し、メモリセルレイアウトがより高密度化されています。4F²アーキテクチャでは、ワード線とビット線のピッチが狭くなり、ダイ上のスペースをより効率的に使用できます。
また、焦点は水平方向のスケールアウトから垂直方向のスケールアップへと移行しています。
3D DRAMは、メモリ技術における新たな転換期を象徴しています。チップ内に複数のDRAM層を垂直方向に積層することで、メーカーは従来の平面的なスケーリングの限界を克服することができます。
現在使用されている高帯域幅メモリ（HBM）は、3D積層DRAM技術を使用して構築されていますが、3D DRAMと同義ではありません。HBMは、シリコン貫通ビア（TSV）で接続された複数のDRAMチップ（チップ内の層ではなく）を積層するものです。
HBMは、特殊なパッケージング、相互接続、ロジック統合を採用しており、次のような利点があります。
膨大なデータセットに対応する超高密度。
短い相互接続による高速データ転送。
持続可能なコンピューティングを実現する低消費電力。
これらのDRAMスケーリングのイノベーションは、プロセッサとメモリ間のボトルネックを軽減し、システムが膨大なデータセットを容易に処理できるようにすることを目的としています。
DRAMニーズの進化におけるラムのリーダーシップ
ラムのDRAMソリューションは、メモリ製造における最も厳しい仕様を満たす精度、均一性、そして卓越した統合性を提供します。当社の製品は、パターン形成、エッチング、成膜における重要な課題に対応し、お客様が将来のDRAMノードの革新と3Dアーキテクチャへの確実な準備を可能にします。
以下は、DRAMスケーリングにおける最も厳しい側面への対応を支援するラムの製品ポートフォリオの一部です。
Akara®：Akaraは、垂直方向と横方向の両方でオングストロームレベルのエッチング精度を提供し、プレーナー型DRAMのロードマップを拡張します。
Aether®：Aetherは、DRAMのスケーリングに必要な極めて小さなCDとピッチでの高度なパターン形成に不可欠な、業界初のドライレジスト技術です。
Striker®：Striker原子層堆積（ALD）は、20:1を超えるアスペクト比構造の均一なギャップフィルを実現し、デバイスの4F2へのスケーリングを実現します。
Altus® HALO：Haloは、次世代4F2デバイスのDRAM速度と信頼性に不可欠な、高アスペクト比で低抵抗のワードラインにモリブデンを充填します。
DRAMは、控えめな始まりから高速の原動力へと進化し、将来的にはさらに優れた性能と効率が約束されています。コンピューティングの需要が高まるにつれて、DRAMは引き続き重要なコンポーネントであり、イノベーションに対応するために継続的に適応していきます。
用語集
4F²は、ダイ上により多くのメモリセルを詰め込んだ、6F2からの次世代メモリセルレイアウトです。
DDRは「ダブルデータレート」の略で、コンピューターやその他の電子機器で広く使用されている同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（SDRAM）の一種です。
DIMM（デュアル・インライン・メモリ・モジュール）は、両面ピン接続を介してコンピュータのマザーボードに接続するメモリ・フォームファクタです。DIMMは64ビット・チャネルを備え、32ビット・データ転送を可能にする従来のSIMM（シングル・インライン・メモリ・モジュール）の2倍のデータ転送能力を備えています。
DRAM（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）は、電気的にリフレッシュ可能な揮発性メモリ（データ保持に電力が必要）の一種です。
HBM（高帯域幅メモリ）は、3Dスタック・アーキテクチャを採用した高度なメモリ技術で、従来のメモリよりも低消費電力で高速なデータアクセスを実現します。現在のHBM3設計では、最大16層のメモリ層が使用されています。
NANDは「NOT AND」の短縮形です。これはトランジスタを接続するフラッシュメモリの一種で、メモリカード、USBドライブ、ソリッドステートドライブ（SSD）などでよく使用されます。
TSV（シリコン貫通ビア）は、DRAM層間に設けられた高さのある構造で、垂直方向の電気接続を形成します。
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