DRAM如何改变世界？写在DRAM授予专利的55年

本文来源美光科技

1966 年是很久以前的事了。甲壳虫乐队发行了新专辑《左轮手枪》，经典西部电影《

好的／坏的／丑陋的》上映。

同年，罗伯特·丹纳德 (Robert Dennard) 发明了动态随机存取存储器 (DRAM)。两年后——1968年6 月 4 日，DRAM 专利被授予。

为了开发这项技术，Dennard 领导了 IBM 的一个研究团队，该团队对电容器上的二进制数据作为正电荷或负电荷进行了实验。由于电容器会泄漏电荷，Dennard 发明了一个平台，在这个平台上一切都由单个晶体管处理，从而大大减小了尺寸。

采用临时存储器的随机存取存储器 (RAM) 在当时被广泛使用，但它复杂、笨重且耗电量大。大型磁存储系统需要房间大小的设备，同时只能存储一兆字节的信息。Dennard 的想法是将下一代磁存储器缩小到25平方厘米。诀窍是将 RAM 压缩到单个晶体管中。突然之间，一台计算机可以在一个芯片上容纳十亿个 RAM 单元。

1970 年第一款 RAM 芯片 1103 发布，两年时间绕过了磁芯存储器，成为全球最畅销的半导体存储芯片，到 20 世纪 70 年代中期，它已成为标准。

在最近 IBM对 Dennard 的致敬中，他们描述了这一发现带来的冲击波：“在接下来的五年半时间里，DRAM 将一代又一代地发展......DRAM 内存不仅扫除了早期的磁技术，它成为重塑人类社会的行业的基础技术——从我们的工作方式到我们娱乐自己的方式，甚至到战争的方式。”

如今，单芯片 8Gb（千兆位）和 16Gb DRAM 组件在智能手机中无处不在，而 32Gb DRAM 组件用于服务器和超级计算机中的 128GB RDIMM（注册 DIMM）模块为全球经济提供动力。

虽然我们都熟悉摩尔定律，但 Dennard Scaling 将这一概念带入了更深层次的技术含义——即每一代，您都可以将晶体管面积缩小一半，同时将工作频率（时钟速度）提高 40%。此外，在给定空间内，晶体管将变得更便宜且数量更多，同时保持功耗不变（晶体管数量的两倍）。

Dennard 甚至看到了摩尔定律和 Dennard Scaling 的最终终结。一位 IBM 同事 Russ Lange 清楚地记得：“Bob 和我总是会就扩展是否要结束进行热烈的讨论。他会说，‘是的，扩展已经结束了。但创造力永无止境。'”

到 1981 年，美光在 DRAM 领域大放异彩，推出了第一款 64K DRAM 产品。这是我们在 DRAM 和 NAND 领域强大领导角色的诞生。三年后，我们发布了世界上最小的 256K DRAM 产品，并于 1987 年推出了 1 Mb DRAM。

美光64K DRAM产品

美光“We Do Windows”广告和美光 1Mb DRAM 产品

Gurtej Sandhu，多领域发明家，IEEE Andrew S. Grove 奖获得者和美光科技探路高级研究员，回忆了 DRAM 的早期创新时代，“大约 15 年前，当我访问 IBM Watson 中心时，我到了Dennard 的办公室。办公室一直对来访者开放，工作秩序井然，我听说几年前退休的Dennard 每周仍会来那里几个小时。有意思的是，在他发明 DRAM 时，正在寻找 SRAM 的低成本替代品的英特尔对它给予了更多关注。

Gurtej Sandhu，IEEE Andrew S. Grove 奖获得者，美光科技高级研究员

Sandhu 补充说：“在我们着手寻找未来的内存技术解决方案时，这是我们不应该忘记的历史教训。成功的内存技术实施将始终需要一种系统级方法来设计计算机体系结构和围绕它设计的软件，以便为最终客户获取最大利益。”

与 Dennard Scaling 一致，DRAM 不断变得更小、速度更快。到 2002 年，美光展示了世界上第一个 1 Gb DDR（双倍数据速率）DRAM 产品。多年来，我们继续引领 DRAM 创新，从早期的 PC DRAM 到图形，再到当前爆炸式增长的特定于汽车、IoT（物联网）和 AI（人工智能）设备的内存。

时间快进到 2021 年，美光发布了基于 1α (1-alpha) 节点的 DRAM 产品，采用世界上最先进的 DRAM 工艺技术，在密度、功耗和性能方面实现了重大改进。

Micron 技术和产品执行副总裁 Scott DeBoer 指出：“与之前的 1z DRAM 节点相比，1α内存密度提高了 40%，这一进步为未来的产品和内存创新奠定了坚实的基础。”

例如，该节点使我们能够为需要一流 LPDRAM（低功耗 DRAM）性能的平台提供超节能、可靠的内存和更快的低功耗 DDR5 (LPDDR5) 运行速度。基于 1 alpha 节点的 LPDDR5 在节电方面提升了 15%，使 5G 移动用户能够在智能手机上执行更多任务，而不会牺牲电池寿命。

美光 LPDDR5

其他应用包括业界首款满足最严格的汽车安全完整性等级 (ASIL) ASIL D 的汽车 LPDDR5 DRAM。该解决方案是美光针对基于国际标准化组织的汽车功能安全的全新内存和存储产品组合的一部分(ISO) 26262 标准。

今天，美光继续走在 DRAM 进步的最前沿，2022 年发布了 1β (1-beta) 生产节点，该节点拥有每芯片 16Gb 的容量和 8.5Gbps 的数据速率，提供 15% 更好的功率效率和高达 35% 的位密度改进。在节点技术的早期应用中，1 β 节点上的美光 LPDDR5X 将在手机中实现高分辨率 8K 视频录制和视频编辑。

同时，美光最近宣布 1γ (1-gamma) DRAM 工艺技术采用革命性的极紫外 (EUV) 光刻生产。我们将成为第一家将 EUV 技术引入生产的存储器公司，并将于 2025 年在台湾和日本的 1γ (1-gamma) 节点上将 EUV 投入生产。

55 多年前，Dennard的创新为蓬勃发展的内存行业注入了活力，其中包括Micron无与伦比的从 64k 至 1γ DRAM 领导地位和进步。