本文来自半导体产业纵横，作者/米乐。
2017年6月，负责计算机内存技术标准的组织JEDEC宣称，下一代内存标准DDR5将亮相，并预计在2018年完成最终的标准制定。
2020年7月，JEDEC协会正式公布了DDR5标准，起步4800MHz，未来可以达到6400MHz。
从此DDR5开始进入大厂研发和量产的舞台。Yole Group做出预测指出，DDR5的广泛采用应该会从2022年的服务器开始，手机、笔记本电脑和PC等主流市场则是2023年开始广泛采用DDR5。
今年下半年半导体行业开始经历阵痛，大厂财报叫苦连连，被称为半导体行业风向标的存储也价格一跌再跌。然而同时在2022年下旬，陆续有许多边缘运算方案供应商推出了以DDR5为主要运算核心的次世代系统，可以预料以DDR5为新主流电脑市场的竞赛，俨然将于2022年底正式展开。
DDR5，是寒冬里的第一束光吗？
01
亟需救援
三星电子、SK海力士和美光，正在减产、应对库存问题、节约资本开支，并推迟先进技术的进展，以应对存储器需求的疲软态势。存储器是半导体市场占比的最高分支，2021年市场空间大约1600亿美元，也在电子产品中随处可见，它是一项标准化的产品，在国际市场上发展得很成熟，产业随库存、需求、产能的变化具有明显的周期性，厂商的生产和盈利情况随行业周期性波动而剧烈变动。
根据TrendForce集邦咨询研究显示，2022年闪存（NAND）市场的增长率只有23.2%，这达到近8年来最低增长数值;内存（DRAM）的增长率仅有19%，并预计在2023年进一步降至14.1%。市场的供过于求强烈推动了下行周期，这也是DRAM和NAND低价的主要原因。2021年厂商们在扩产方面较为乐观，NAND和DRAM还供不应求，随着需求端在2022年开始下降，行情进入供过于求。
SK海力士在三季度财报中说，DRAM和NAND产品需求低迷，销量和价格双双下降。SK海力士在三季度财报会上表示，为优化成本，公司在三季度努力提高新品的销售比例和良率，但是大幅降价超过了降低的成本，营业利润也有所下降。
三星电子、SK海力士、美光三家厂商内存的产出量在今年仅保持了12-13%的增长。2023年，三星电子的产出量还将减少8%，SK海力士减少6.6%，美光减少4.3%。
大厂在资本支出、扩产方面行为谨慎。SK海力士表示，明年资本开支将同比减少50%以上，今年的投资预计在10-20万亿韩元左右。美光也称会大幅削减2023财年的资本支出，并降低制造厂的利用率。
02
DDR5是曙光吗？
DDR4在约10年的时间里一直是DRAM的主力产品。不过，业界预测今年将是DDR5的预热年，而从明年开始，DDR5渗透率将大幅提升。
相比DDR4的优势
实际上早在2016年，美光就曾发布关于DDR5内存的相关信息。从美光当时公布的文件来看，DDR5内存将从8GB容量起步，最高可达单条32GB，I/O带宽能达到3.2-6.4Gbps，同时电压1.1V，内存带宽将为DDR4内存的两倍。此外，美光当时还在芯片论坛上表示DDR5内存将从3200MHz起步，主流内存频率可达6400MHz。从已经公布的产品情况来看，当时美光的预测偏差不大。目前已经亮相的DDR5内存大多是4800MHz，但厂商也并未表示不会出3200MHz系列。同时，据公开数据显示，在主板开启XMP超频的话，内存频率可达8400MHz。
在官方介绍中，针对DDR5和DDR4内存的一些硬性指标进行了对比。与上一代产品DDR4相比，DDR5提供2个独立子通道，速度（带宽）快约2倍，同时额定电压为1.1V，低于DDR4（1.2V），耗电降低约20%。
事实上，DDR5模块与DDR4模块之间的一个关键区别就是前者存在子通道。一个标准的DDR5模块有两个独立的子通道，每个子通道最多有两个物理软件包级别。每个DRAM包都可以在主/次拓扑中配置，以实现增加密度的额外逻辑级别。正因为如此，内存的并发性在DDR4的基础上提升了一倍，信号能够更完整高效地传递。DDR5DIMM新架构提高了并发性，并使系统中可用的内存通道增加了一倍，从而实现内存性能的提升。
根据已经公开的资料显示，在优化DDR5 DRAM内核运算能力上，DDR5内存增加了内置纠错码（ECC），全面实现数据纠错能力，进一步提高数据完整性，同时也缓解了系统错误校正负担并充分利用DRAM读写的高效机制。同时，有的DDR5品牌在研发时还加入了SAME-BANK Refresh（同步刷新）功能。此命令允许刷新每个BG中的一个Bank，使所有其他Bank保持打开状态以继续正常操作。
相较于DDR4，DDR5的劣势约可整理为以下两方面：
温度：因DDR5是以极高速运转，因此须留意系统机构散热，避免IC和电源管理IC温度过高；
价格：随着规格提升，DDR5价格也较DDR4高出逾50%，可能成为企业的阻碍。但如前所述，包括5G、机器学习（ML）等各类进阶应用中，DDR5的整体效能、规格的提升，对相关企业来说仍具一定优势与吸引力。
03
大厂押注
三星夺取DDR5内存芯片新阵地
在DRAM这个重要的存储芯片细分领域，三星、SK海力士和美光是当之无愧的佼佼者。研究机构ICInsights的数据显示，2021年三大厂商共占据DRAM市场94%的份额。具体来说，三星作为DRAM市场的第一大企业，坐拥43%的市场份额；三星的“韩国同胞”SK海力士则占据28%的市场份额；美光强劲的发展态势同样引人注目，目前占据23%的DRAM市场份额。DDR5作为一种正在开发的高带宽电脑存储器规格，目前在DRAM市场受到的关注度越来越高，或许会成为三家厂商提升自身市场竞争力的关键点之一。
据了解，与DDR4相比，DDR5将提供两倍以上的有效带宽，有助于缓解每个核心的带宽紧张，进一步推动CPU内核数量的增加，使计算能力逐年提高。
事实上，三大厂商在2021年下半年就陆续宣布量产DDR5产品。三星作为DRAM市场中市占率第一的厂商，自然不会错过这一发展机会。2021年，面向DDR5模块，三星选择帮助数据中心、企业服务器和PC应用程序充分利用DDR5性能，以完成高要求、高内存密集型任务。2021年5月18日，三星宣布推出集成能源管理电路（PMIC）——S2FPD01、S2FPD02和S2FPC01，用于DDR5双列直插式存储模块（DIMM）。
现阶段，三星正在与AMD共同研发单条容量达512GB、甚至1TB的DDR5内存产品。三星在与AMD的探讨中，找到了DDR5DRAM的研发新方向，能够将内存核心容量提高到32Gb，将堆栈层数提升至8H，多种技术之下可以实现32Gb、3DS、8H堆栈，使系统内存容量可提升至32TB。
SK海力士竞争筹码
SK海力士在DRAM市场占据28%的市场份额，对于DDR5同样势在必得。单从时间节点来看，SK海力士在DDR5市场先声夺人，于2021年10月推出了全球首款DDR5产品，发布产品的时间节点略微领先其他两个厂商。
近期，SK海力士宣布，已经开发出了首款基于DDR5DRAM的CXL存储器样品。SK海力士方面表示，基于PCIe的CXL是为了高效使用CPU、GPU、加速器、存储器等而开发的全新规范化接口。SK海力士开发的首款CXL存储器是采用最新技术节点1anm DDR5 24Gb的96GB产品。SK海力士预计将在近期的全球性半导体活动中推出实物产品，明年开始批量生产。
对于SK海力士而言，EUV光刻也是重要的竞争筹码。此前，DRAM生产大多不需要先进工艺去完成，而是采用成熟的制程节点，涉及的元器件数量较少。三星作为第一个“吃螃蟹的人”，让DRAM的技术进入了新纪元，SK海力士作为三星的劲敌，自然不会落后，在2021年2月完成了首个用于DRAM的EUV晶圆厂M16，正式引入了EUV光刻设备。2021年7月，SK海力士宣布量产了1anm工艺的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。9月1日消息，SK海力士将与JSR联合研制DRAMEUV光刻胶，以推动实现EUV用金属氧化物PR的应用，确保自身内存技术领先。
“存储器产品工艺制程不断演进，已经进入10nm级阶段。随着产品对性能、功耗等要求的提升，技术演进将需要借助EUV光刻机来进行探索。”在产能扩张方面，SK海力士目前正基本按照计划推进。今年支出约21万亿韩元以建设DRAM和NAND产能。9月6日，SK海力士将在韩国忠北清州市建设新半导体生产工厂M15X。据悉，M15X将于今年10月动工，预计2025年年初竣工，决定在今后5年内投资约15万亿韩元。对此，SK海力士副会长朴正浩表示，M15X的开建将成为公司奠定未来成长基础的第一步。
美光表现强劲
美光科技CEOSanjayMerotra在8月29日宣布，将向企业销售服务器用DDR5 DRAM。据美光方面介绍，其DDR5产品传输速率可达4800MT/s，比现有DDR4快约1.87倍，系统性能提升高达85%。与DDR4相比，CPU运算性能有所提高，人工智能、高性能计算等性能也可以最大化。比起三星和SK海力士，美光在EUV光刻的使用方面起步稍晚。或许是三星和SK海力士对于EUV光刻的追逐给美光带来了一定压力，美光如今也将EUV光刻技术用于DRAM发展。据了解，美光计划从2024年开始，将EUV纳入DRAM开发路线图。
今年5月26日，美光表示在中国台湾中科新厂启用后，将导入最先进的EUV设备生产1αnm DRAM制程。美光在增加产能方面同样采取了相应举措。9月1日，美光科技宣布，计划于2030年之前投资150亿美元，在美国爱达荷州博伊西（Boise）建造一座新的尖端存储器制造厂。存储器产品属于大宗集成电路通用产品，标准性较高，重复性生产比例高。TrendForce集邦咨询分析师吴雅婷表示，因为制程改进能造就的供给端位元增长空间有限，所以三大原厂可事先备好新工厂的建置。DDR5作为DRAM的新一代产品，各家新产品在速率、效能等各方面相较于DDR4都有明显提升。
在产品单价、产能达到需求，英特尔和AMD等厂商的积极应用推动下，DDR5将会取代DDR4成为DRAM的主流产品，可能会成为第一寒冬里的第一束光。
