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将光刻劣势转化为工程优势:4F²架构破局
存储芯片竞争遵循残酷的经济学规律。传统DRAM采用“1晶体管+1电容”(1T1C)结构,过去二十年行业主要在6F²平面框架内进行微缩竞赛,比拼的是光刻机精度与特征尺寸(F)的缩小能力。
然而,随着晶体管沟道缩短,短沟道效应导致漏电流激增,严重影响数据保持与系统稳定性。常规补救措施如提高刷新频率,不仅增加功耗,还挤占读写带宽,导致性能功耗比下降。
当前主流6F²架构中,每个单元占据约3F×2F面积。而4F²架构将其压缩为2F×2F,在同面积下存储密度可提升30%至50%。这意味着,只要4F²的线宽不超过6F²的约1.22倍,即便光刻精度放宽两成以上,密度依然持平。
这一算术逻辑对三星、SK海力士等巨头而言是锦上添花,但对长鑫而言却是雪中送炭。受限于美国出口管制,18nm及以下半间距DRAM生产设备对华禁售,EUV光刻机更无法获取。在6F²赛道继续微缩,长鑫将被迫在光刻设备上处于被动追赶地位。
切换至4F²赛道后,竞争核心转向刻蚀、沉积、材料及集成工艺,这些领域可通过自主研发逐步突破。SK海力士研究指出,转向垂直栅或3D结构可将EUV光刻成本降至传统6F²的一半以下。尽管领先者觊觎此路径,但因既有6F²产线资产过重,转型缓慢。
长鑫的技术方案核心在于自研VSG(垂直环绕栅极)晶体管。该结构通过垂直包围沟道增强栅控能力,有效抑制漏电与短沟道效应,同时为面积微缩腾出空间。在工艺层面,字线金属化、位线成型及结激活等环节被全面重构;在集成层面,推动DRAM与CMOS工艺解耦,利用晶圆级混合键合实现高速互联,使逻辑性能与存储密度各自优化。
同等工艺节点下,单颗芯片存储密度提升30%-50%,单位容量成本与功耗同步下降。长鑫选择提前布局4F²,旨在技术路线切换时占据主动,避免在传统微缩红利见顶时陷入被动。
九年技术积淀:从专利布局到架构继承
外界关注的是10月10日的官方官宣,但长鑫的技术铺垫早已开始。自2016年成立起,长鑫同步启动4F²研究与专利布局,目前公开专利族超300件,数量超越众多海内外同行。
时间轴显示:2021年发布中国大陆首篇4F²架构论文,2023年与2025年陆续披露进展;2019年起独立研发混合键合技术,专利数量跻身全球前十;2025年IEDM会议上,长鑫展示多层水平单元堆叠DRAM架构,并首次在12英寸晶圆平台完成DRAM与CMOS晶圆级键合验证。
长鑫的技术根基部分源自德国奇梦达(Qimonda)。2019年,长鑫通过Polaris公司获得奇梦达DRAM专利许可及约2.8TB技术文档,继承了46nm级别BWL埋入式字线架构,并推进至10nm级别。奇梦达虽因金融危机倒闭,但其留下的BWL加堆叠电容架构成为行业主流。长鑫从中汲取的核心经验是:技术路线押注优于单纯工艺追赶,提前在换道路口布局方能实现弯道超车。
在DRAM专利丛林中,长鑫通过九年积累构建起自身的专利壁垒,打破了巨头通过交叉授权形成的垄断格局。
瞄准服务器市场:技术商业化与全球竞争
长鑫总裁曹堪宇宣布,预计年底推出融合4F²架构及混合键合技术的新一代DDR5 RDIMM产品。该产品主要面向服务器及高性能工作站,相较于消费级内存,其对信号完整性、平台兼容性及长期运行可靠性要求更为严苛。
RDIMM通过寄存缓冲器改善负载条件,支持高容量配置,但底层存储单元仍需经受严格测试。长鑫将首款4F²产品定位于服务器市场,表明新架构已具备接受系统级验证的能力。成功进入服务器供应链不仅有助于改善产品组合,还能建立更稳定的客户关系,提升技术附加值。
全球竞争方面,韩国厂商也在加速推进。SK海力士已明确将4F²垂直栅极平台及3D DRAM作为突破方向;三星据报已获得采用4F²与垂直沟道晶体管结构的10nm以下DRAM功能芯片,计划2028年量产。长鑫将产品推出时间定于2026年底,在时间表上形成了有力竞争。
市场环境亦在加速这一进程。Counterpoint Research数据显示,2026年第二季度长鑫全球DRAM营收份额达10%,较2025年同期翻倍。TrendForce数据指出,同期全球DRAM产业营收环比增长59.5%,AI训练与推理需求带动HBM及高容量RDIMM出货,新增产能更多流向服务器应用。
随着AI系统模型规模扩大,服务器内存容量及带宽重要性凸显。4F²架构带来的密度提升,有助于制造商在成本、功耗及产品组合上优化,推动竞争从单纯产能扩张转向自主架构与制造效率的较量。
结语:加速导入产线,转动学习飞轮
当前存储市场供不应求,产能价值凸显,新技术导入初期的产量损失不可避免。机构预测供需紧张将持续至2027年,2028年前后全球产能集中释放可能带来回调压力。
依据“干中学”理论,经验源于生产实践。长鑫当下的关键在于尽快将4F²技术导入产线,通过大规模生产积累经验,转动技术与制造的学习飞轮,以应对未来的市场波动与技术迭代。
参考资料:科创板日报、IT之家、TrendForce集邦咨询、Counterpoint Research

