Tom's HardWare: Micron, iddialı DRAM ve NAND yol haritasını açıkladı — 3D NAND, High-NA EUV, yeni malzemeler ve özel silikon geri dönüyor
Özel bellek ana akım haline gelmek üzere.
Geçtiğimiz ay Micron, önümüzdeki birkaç yıl için DRAM ve NAND bellek yol haritalarını açıkladı ve wafer bonding, NAND hücrelerini küçültmeyi sağlayan yeni malzemeler, High-NA EUV litografisi kullanma planlarını ve 3D DRAM'e doğru attığı adımları detaylandırdı. Belki de Micron'un hikayesinin en açıklayıcı kısmı, yapay zeka geliştiricilerinin benzersiz işlemci mimarileri ve özel iş yükleri için optimize edilmiş bellek ve depolama çözümlerine giderek daha fazla ihtiyaç duymasıyla birlikte, şirketin özel DRAM ve NAND ürün portföyünü genişletmeyi planlamasıdır.
"DRAM şu anda atomik sınırlara yaklaşıyor: Birkaç düzlemsel düğüme daha güvenimiz olsa da, maliyet ve performans açısından en uygun zamanda 3D DRAM'i piyasaya sürmeye çok odaklanmış durumdayız," dedi Micron Başkanı ve Baş Teknoloji ve Ürünler Sorumlusu Scott DeBoer, şirketin bu ayın başlarındaki etkinliğinde. "[3D NAND ile] hücre mimarisini yoğunlaştıran yeni malzemelere ve gelecekte XYZ ölçeklendirmesine odaklanmaya devam ediyoruz."
DRAM: 4F2 hücreleri iptal edildi, Yüksek NA EUV litografisi, yeni malzemeler ve 3D DRAM gelecekteki ölçeklendirmeyi mümkün kılıyor
Şaşırtıcı bir hamleyle, Micron, CXMT, Samsung ve SK hynix'teki rakiplerinin aksine, Micron'un bugün bulunduğu noktanın ötesinde uygulanabilir bir ölçeklendirme yolunun olmaması nedeniyle 4F2 bellek hücreleriyle DRAM üretme planlarından vazgeçmeye karar verdi. Bunun yerine, Micron'un önümüzdeki yıllar için yol haritası, wafer birleştirme, Yüksek NA EUV litografi, yeni malzemeler ve nihayetinde 3D DRAM'i içeriyor. Şirket, yeni nesil 1δ belleğinin seri üretimine 2027'nin ikinci yarısında başlamayı planlarken, sonraki 1ε, ζÅ ve ηÅ teknolojileri çeşitli geliştirme aşamalarında bulunuyor. Paralel olarak, Micron, sonunda geleneksel düzlemsel belleğin yerini alabilecek iki nesil 3D DRAM geliştiriyor.
Micron'un hâlihazırda seri üretim (HVM) aşamasında olan mevcut 1γ (1-gamma) DRAM üretim teknolojisi, şirketin EUV (aşırı morötesi) litografisini kullanan ilk DRAM düğümü olma özelliğini taşıyor. Micron daha önce, kritik katmanlar için EUV teknolojisine başvuran Samsung ve SK hynix gibi rakipleriyle rekabet edebilmek adına, DUV (derin morötesi) litografisiyle çoklu desenleme (multipatterning) yöntemini kullanıyordu.
Micron'un yeni nesil 1δ (1-delta) üretim süreci şu anda verim artırma (yield ramp) aşamasında olup, 2027 yılının ikinci yarısında seri üretime geçmesi planlanıyor. Şirket, bu teknolojinin 1γ sürecine kıyasla bit yoğunluğunu yaklaşık %20-25 oranında artıracağını öngörüyor. Ayrıca gelişmiş yüksek dielektrik sabitli metal kapı (HKMG) CMOS yapısı, yeni malzemeler, angström seviyesinde süreç kontrolü ve ekipman zekâsı gibi unsurların; performansı, güç verimliliğini ve nihayetinde üretim verimini iyileştirerek maliyetleri düşürmesi bekleniyor.
Micron, 1δ DRAM'i ABD'de üretmeyi ve bu teknolojiyi yeni nesil DDR, LPDDR, grafik belleği, HBM5, dikey HBM (vHBM) ve dikey Kenar Çıkarım Belleği (vEIM) ürünleri için kullanmayı planlıyor. Bu arada, HBM5, vHBM5 ve vEIM ürünlerini üretmek için, düğüm ayrıca termal performansı iyileştirmek için silikon üzerinden geçiş yolları (TSV'ler) ve diğer unsurlar gibi ek özellikleri de destekleyecektir.
Daha sonraki 1ε (1-epsilon) işlemi, Micron'un farklı yapıları ayrı gofretler üzerinde üretmesini ve ardından bunları birbirine bağlamasını sağlayacak gofret bağlamaya dayanacaktır. Bu yaklaşım, bellek tasarımında ve üretiminde esnekliği artırabilir, ancak Micron henüz gofret bağlamayı uygulama planlarını, hangi yapıları bağlayacağını veya teknolojinin yoğunluk, performans ve güç tüketiminde ne gibi iyileştirmeler sağlayacağını açıklamadı. İşlem şu anda geliştirme aşamasındadır ve açıklanmış bir üretim takvimi yoktur.
Micron'un ζÅ (zeta-angstrom) üretim düğümü şu anda erken geliştirme aşamasındadır ve bellek üretiminde Yüksek-NA EUV litografisini tanıtarak kritik boyutlarda daha fazla küçülme sağlayacaktır. Şirket, kaç katmanın Yüksek-NA litografisi gerektireceğini, beklenen yoğunluk iyileştirmelerini veya teknolojinin ne zaman seri üretime gireceğini açıklamamıştır. Bununla birlikte, düğümün en az 2030 yılına kadar burada olmayacağı açıktır; bu da Samsung ve SK hynix'in DRAM fabrikalarında Yüksek-NA EUV'yi benimsemesinden (2028 için planlanıyor) yıllar sonrasına denk gelmektedir.
ηÅ (eta-angstrom) süreci, Micron'un açıkladığı düzlemsel DRAM yol haritasındaki en uzak nesli temsil etmektedir ve şu anda yol bulma aşamasındadır. Micron, Yüksek-NA EUV litografisini DRAM üretim akışına entegre ettikten sonra, ölçeklendirme için diğer yöntemlere yatırım yapmayı planlamaktadır. Micron yeni malzemelerden bahsetse de, bunları tanımlamamış veya cihaz yapılarını nasıl etkileyeceklerini açıklamamıştır. Bunlar arasında, şirketin daha küçük transistörler ve kapasitörler üretmesini ve nihayetinde DRAM hücre yoğunluğunu artırmasını sağlayacak yeni fotorezistler, biriktirme öncülleri, dielektrik malzemeler veya iletken malzemeler yer alabilir.
Her durumda, Micron'un yol haritası, CXMT, Samsung ve SK hynix'in planlarından farklı olarak, 6F² hücrelerine dayalı DRAM'in geliştirilmesine devam etmeye odaklanmıştır.
3D1 ve 3D2: 3D DRAM'e geçiş ufukta görünüyor
Micron, geleneksel DRAM geliştirmelerine paralel olarak, şu an için 3D1 ve 3D2 olarak adlandırılan iki nesil 3D DRAM üzerinde çalışıyor. Bit yoğunluğunu artırmak için temel olarak daha küçük bellek hücrelerine dayanan düzlemsel (planar) DRAM'in aksine 3D DRAM, belirli bir alan içine daha fazla bellek hücresi sığdırmak için dikey boyuttan yararlanıyor. Micron, bu teknolojiyi üretim maliyetleri ve performans açısından geleneksel DRAM ile rekabet edebilir düzeye geldiğinde piyasaya sürmeyi hedefliyor. Şirket; mimariler, katman sayıları veya yoğunluk hedefleri hakkında herhangi bir bilgi paylaşmadı.
Aslına bakılırsa Micron, 2030 yılına kadar olan gelecekteki bellek mimarilerini ana hatlarıyla belirtmiş olsa da, DRAM üretim yol haritasında yalnızca 1δ süreci için net bir üretim zaman dilimi veriyor; bu sürecin 2027 yılının ikinci yarısında seri üretime geçmesi planlanıyor. Şirket, sonraki düzlemsel DRAM düğümleri veya 3D DRAM'in her iki nesli için herhangi bir üretim tarihi açıklamadı.
Özel HBM ve dikey bellek mimarileri
Micron, geleneksel DRAM'in yanı sıra, gelecekteki üretim teknolojilerini HBM4E, HBM5, HBM5E ve yeni dikey entegre bellek mimarileri için kullanmayı planlıyor. HBM4E ile başlayarak hem standart hem de özel HBM ürünleri sunacak olan şirket; bunu takiben özel HBM5E, vHBM ve vEIM (dikey Uç Çıkarım Belleği - vertical Edge Inference Memory) çözümlerini piyasaya sürecek. Tüm bunlar, seri üretim ürünlerde özel bellek kullanımının yeniden ortaya çıkışını simgeleyecek.
Özel HBM4E (cHBM4E), Micron müşterilerinin bellek G/Ç (I/O) genişliğini daraltmalarına ve/veya belleğin temel katmanına (base die) ek mantıksal birimler entegre etmelerine olanak tanıyacak. Bu sayede, işlem birimleri için değerli bir alan açılacak ve belirli yapay zeka hızlandırıcıları için performans ile güç tüketimi optimize edilebilecektir. Micron Başkanı ve Teknoloji ve Ürünlerden Sorumlu Başkanı Scott DeBoer'e göre, normal şartlarda doğrudan ASIC (uygulamaya özel entegre devre) içinde yer alacak olan bazı işlevlerin belleğe daha yakın bir konuma taşınması, genel sistem verimliliğini artıracaktır.
DeBoer, "Bir temel katmanı birlikte tasarladığımızda, bu katmana eklenmesi istenen mantıksal öğeler genellikle GPU devrelerinden alınıp belleğe daha yakın olması için temel katmana aktarılan işlevlerdir," diyor ve ekliyor: "Daha mantıklı olan işlevlerin temel katmana taşınması, dikey HBM mimarisi döneminde de geçerli olmaya devam edecektir."
Micron, bu yetenekleri desteklemek amacıyla hem standart hem de özel HBM ürünlerinin temel katmanlarında gelişmiş dökümhane (foundry) süreç teknolojilerini kullanmayı planlıyor; ancak kullanılan spesifik üretim düğümleri (node) hakkında henüz bir açıklama yapmadı. Şirket, özel tasarımlar için müşteri gereksinimlerini karşılayan, maliyet açısından en verimli süreci seçecektir. Örneğin Micron, HBM4E'nin performans ve güç hedeflerine ulaşabilmesi için daha gelişmiş CMOS teknolojilerine ihtiyaç duyacağını öngörüyor.
Micron, ilerleyen dönemlerde, belleği bir ara katman (interposer) üzerinde ASIC veya CPU'ların yanına yerleştirmek yerine doğrudan bu bileşenlerin üzerine istifleyen dikey HBM (vHBM) teknolojisini sunmayı hedefliyor. Bu mimari, yoğun dikey bağlantılar sayesinde çok daha yüksek bant genişliği ve yakın yerleşimden ötürü önemli ölçüde daha düşük gecikme süreleri vaat ediyor; ancak aynı zamanda güç iletimi ve ısı dağıtımı konusunda ciddi zorlukları da beraberinde getiriyor. Micron, bu sorunları aşmak için gelişmiş ara bağlantılarda hibrit bağlama (hybrid bonding) yöntemini, entegre ısı dağıtıcıları ve termal açıdan optimize edilmiş tasarımları kullanmayı planlıyor. İlginç bir şekilde şirket, bazı tasarımlarda geleneksel HBM ile vHBM'nin bir arada kullanılacağını öngörüyor; burada vHBM maksimum bant genişliğini sağlarken, geleneksel HBM kapasite gereksinimlerini karşılıyor.
Geliştirilmekte olan bir diğer teknoloji ise, paketleme ve entegrasyon yöntemlerinin çoğunu HBM ile paylaşan ancak maksimum bant genişliğinden ziyade enerji verimliliğinin ön planda olduğu uygulamaları hedefleyen dikey Uç Çıkarım Belleği (vEIM - Vertical Edge Inference Memory) teknolojisidir. Micron'un 1. nesil vEIM çözümü, bit başına 1 pikojoule'den daha az enerji tüketimiyle, HBM4 seviyesine yakın, 2 TB/s'lik etkileyici bir bant genişliği sunmayı amaçlıyor.
Her iki mimari de bellek, mantık birimleri, paketleme ve termal özelliklerin belirli uygulamalara göre optimize edilmesi için müşterilerle yakın bir iş birliği gerektiriyor; dolayısıyla Micron'un vHBM ve vEIM teknolojilerini başarılı kılmak adına müşterileriyle birlikte çalışması gerekecek. İlginç olan bir diğer nokta ise, Micron'un müşteriye özel geliştirme çalışmalarının yalnızca HBM ve EIM ile sınırlı kalmamasıdır.
Örneğin şirket, LPDDR6'yı veri merkezi uygulamaları için optimize etmek üzere Meta ile iş birliği yapıyor; bu uygulamalar temel olarak güvenilirlik, servis edilebilirlik ve erişilebilirlik unsurlarını kapsıyor. Micron, LPDDR6'nın güç tüketimini LPDDR5'e kıyasla yaklaşık %35 oranında azaltmasını bekliyor; bu da yoğun bellek kurulumları için büyük önem taşıyacak. Şirket ayrıca, DDR5'in bant genişliğinin iki katını hedefleyen DDR6'yı, büyük müşterilerinin ihtiyaçlarını daha iyi anlamak ve nihayetinde karşılamak amacıyla onlarla iş birliği içinde geliştirmeyi planlıyor.
Müşteri iş birliğine değinen DeBoer, Micron'un artık müşterilerle ürün tanımlama aşamasından başlayarak; ortak tasarım, geliştirme, doğrulama ve seri üretim süreçlerinin tamamında birlikte çalıştığını vurguluyor. Yöneticiye göre bu yaklaşım, şirketin geçmişte müşterilerle çalışma biçiminden önemli ölçüde farklılık gösteriyor.
DeBoer, "Yapay zeka alanındaki ortak inovasyon fırsatlarımız kapsamında; birlikte kurguluyor, tasarlıyor, geliştiriyor, doğruluyor ve ardından büyük ölçekte sunuyoruz," diyor. "Bu, gerçekten benzersiz bir fırsat. Üç veya dört yıl önceki müşteri etkileşim biçimimizden çok farklı."
Gelişmiş CMOS: 10 katın üzerinde performans artışı
Micron, DRAM hücrelerini küçültmenin ve dikey bellek mimarileri geliştirmenin yanı sıra, çevresel devreler (peripheral circuitry) için gelişmiş CMOS teknolojileri üzerinde de çalışıyor. Şirketin yol haritasında, yüksek dielektrik sabitli (high-k) metal kapılı transistörlere sahip çeşitli DRAM CMOS mantık nesilleri ve ardından 1. ve 2. nesil 3D CMOS teknolojileri yer alıyor.
Micron, bu gelişmelerin 2020 ile 2030 yılları arasında CMOS mantık performansını 10 katın üzerinde artıracağını öngörüyor. Bu artışın, şirketin yapay zeka odaklı bellek ürünlerine yönelik artan bant genişliği ve güç gereksinimlerini karşılamasına yardımcı olması bekleniyor.
3D NAND: Yeni nesil 400 katmanlı 3D NAND'den yapay zeka odaklı NAND'e
Micron'un etkinliği büyük ölçüde DRAM'in geleceğine ayrılmış olsa da, şirket yaklaşan NAND yenilikleri hakkında da bazı detaylar paylaştı. Bunlar arasında 400 katmanlı 11. nesil 3D NAND, G11 sonrası 3D NAND ve yüksek bant genişliği ya da yüksek IOPS (saniye başına giriş/çıkış işlemi) sunan yapay zeka odaklı NAND bellekler yer alıyor. Micron'un yeni nesil G11 (N170) 3D NAND teknolojisi, mevcut G9 (N160) üretim sürecinden önemli bir kopuşu temsil ediyor. Şirket; aktif bellek katmanı sayısını 276'dan 400'ün üzerine çıkarmayı, "wafer-on-wafer" (plaka üzerine plaka) birleştirme yöntemini dahil etmeyi ve sektör lideri bir bellek hücresi aralığı (pitch) uygulamayı planlıyor.
Bu iyileştirmelerin, G11 3D NAND'in bit yoğunluğunu G9 3D NAND'e kıyasla iki katına çıkarması bekleniyor; örneğin 3D TLC cihazlarda bu değerin 21 Gb/mm²'den 42 Gb/mm²'ye yükseleceği öngörülüyor. Söz konusu teknoloji olgun verim seviyelerine ulaştığında, bit başına üretim maliyetlerinde de önemli bir düşüş sağlanması bekleniyor.
G11, artan depolama yoğunluğunun yanı sıra, G9'a kıyasla G/Ç (I/O) hızında %50'lik bir artış hedefliyor; bu da yaklaşık 5.400 MT/s'lik bir aktarım hızına işaret ediyor. Ayrıca Micron, bit başına veri aktarım enerji tüketimini %25'ten fazla azaltmayı öngörüyor. Bu, çok miktarda verinin taşındığı yüksek kapasiteli SSD'ler ve yapay zeka depolama sistemleri için önemli bir iyileştirme anlamına geliyor.
G11 ile gelen en önemli değişikliklerden biri, "wafer-on-wafer" (plaka üzerine plaka) birleştirme yönteminin benimsenmesi. Bu yöntem, Micron'un bellek dizilerini bir plaka üzerinde, çevre ve G/Ç devrelerini ise başka bir plaka üzerinde üretip ardından bunları birbirine birleştirmesine olanak tanıyor. Çinli üretici YMTC, depolama kapasitesini ve performansı en üst düzeye çıkarmak için bu yöntemi kullanmıştı; dolayısıyla Micron ve diğer bellek üreticilerinin de bu tekniği benimsemesi şaşırtıcı değil.
Micron, G11 3D NAND'in seri üretimine 2027 yılının ikinci yarısında başlamayı planlıyor.
G11 sonrasında 3D NAND'i geliştirmek: Yeni malzemeler ve daha ileri düzeyde XYZ ölçeklendirme
Micron, 11. neslin ötesinde 3D NAND teknolojisini; yeni malzemeler, daha yoğun bellek hücresi mimarileri ve daha enerji verimli cihazlar ile veri yollarını birleştirerek geliştirmeye devam etmeyi hedefliyor. Şirket özellikle, gelecekteki bellek cihazlarının elektriksel özelliklerini iyileştirebilecek yüksek hareketlilikli (high-mobility) malzemelerin yanı sıra, aktif katman sayısındaki artışın sağladığının ötesinde bir depolama yoğunluğu sunmayı amaçlayan ultra yoğun hücre mimarileri üzerinde araştırmalar yapıyor.
Bunun yanı sıra, daha enerji verimli devreler ve veri yolları; daha yüksek NAND kapasiteleri ve daha hızlı arayüzlerle birlikte artan güç tüketimini dengelemeye yardımcı olacaktır.
Görsel: Micron
DeBoer, "G11'in ötesinde güçlü bir yol haritamız var. Bugün bunun detaylarına derinlemesine girmeyeceğim ancak hücre mimarisini yoğunlaştıracak yeni malzemelere ve ileriye dönük olarak 'XYZ ölçeklendirmesi' (üç boyutta ölçeklendirme) üzerinde çalışmaya odaklanmış durumdayız," dedi. "[...] Sektörün mevcut yönü ve Micron'un izlediği yol; hem katman ekleyerek hem de hücre boyutlarını küçülterek ölçeklendirme yapmayı kapsıyor."
Şirket, kullanmayı planladığı malzemeleri açıklamadığı gibi, bunların bellek hücresi yapılarını nasıl etkileyeceğine dair de bilgi vermedi. Ayrıca G11 sonrası NAND nesilleri için yoğunluk, performans veya güç tüketimine ilişkin nicel hedefler de paylaşmadı.
Yapay zeka odaklı NAND: Daha yüksek IOPS ve bant genişliği
Micron, G12 veya G13 3D NAND nesilleriyle ilgili detayları henüz paylaşmaya hazır olmasa da, yapay zeka uygulamalarına yönelik iki özel NAND mimarisi üzerinde çalıştığını açıkladı.
Bunlardan ilki olan "Yüksek IOPS'li Yapay Zeka NAND" mimarisi, maksimum rastgele giriş/çıkış (I/O) performansına odaklanıyor. Vektör aramaları, çizge (graf) analitiği ve yapay zeka bağlam yönetimi gibi iş yüklerini hızlandırmak için küçük bloklara sahip, SLC (tek seviyeli hücre) tabanlı tasarımlar kullanıyor. Micron; yapılandırmaya bağlı olarak yaklaşık 25 milyon ila 100 milyon IOPS sunabilen ürünler öngörüyor ve bu yaklaşıma dayalı ürünleri önümüzdeki birkaç yıl içinde piyasaya sürmeyi hedefliyor.
Görsel: Micron
İkinci mimari olan Yüksek Bant Genişliğine Sahip Yapay Zeka NAND'ı, rastgele G/Ç performansından ziyade bant genişliğine öncelik veriyor. Micron, TSV'ler aracılığıyla bağlanan ve yapay zeka hızlandırıcılarına yakın bir mantık taban yongasına sahip dikey olarak istiflenmiş NAND cihazlarını araştırıyor; bu nedenle birçok açıdan bu konsept SanDisk'in HBF'sine benziyor. Ancak Micron, NAND yığınlarını bir ara bağlantı üzerinde yapay zeka hızlandırıcılarının yanına yerleştirmenin yeterli avantaj sağlamadığına inanıyor. Bunun yerine şirket, NAND'ı işlem kaynaklarına daha yakın hale getiren ancak yapay zeka hızlandırıcılarının değerli kıyı şeridini (çevresini veya kenarını) mutlaka tüketmeyen alternatif entegrasyon yaklaşımlarını araştırıyor.
"[Yüksek Bant Genişliğine Sahip Yapay Zeka NAND'ı] daha maliyetli ve değer önerisini yönlendirmek için gereken maliyet noktasını karşıladıklarından emin olmak için müşterilerle ortaklık içinde uygulanmalıdır," dedi DeBoer. "Mantıksal bir taban yongası ile TSV yığılmış NAND'ı etkinleştirerek belleği hızlandırıcılara daha yakın hale getiriyoruz. Bunu GPU'nun kıyı şeridine yerleştirmenin bir faydası olduğunu düşünmüyoruz. Bunun yerine, bu yüksek performanslı NAND'dan yararlanmak için onu doğrudan işlemciye daha yakın konumlandırmak istiyoruz."
Görsel: Micron
Kaynak: Micron details ambitious DRAM and NAND roadmap — 3D NAND, High-NA EUV, new materials, and custom silicon makes a comeback - Anton Shilov / Tom's Hardware
.