In den kommenden fünf Jahren erwartet uns eine Veränderung im Bereich des Arbeitsspeichers: die Einführung von 3D-DRAM. Diese Technologie hat das Potenzial, die Kapazität und Effizienz von DRAM erheblich zu steigern und könnte bis 2030 in unsere Computer und mobilen Geräte integriert werden. Doch was genau ist 3D-DRAM und warum ist es so wichtig?
Von Planar zu 3D
Traditionell ist DRAM (Dynamic Random Access Memory) planar aufgebaut. Das bedeutet, dass die Speicherzellen nebeneinander auf dem Chip angeordnet sind. Diese Methode hat ihre Grenzen, da die weitere Verkleinerung der Zellen immer schwieriger und kostspieliger wird. Die Lösung? Speicherzellen nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander anzuordnen – ähnlich wie es bei 3D-NAND-Flash-Speicher seit Jahren üblich ist.
Mehr Speicherkapazität auf kleinerer Fläche
Der Hauptvorteil von 3D-DRAM besteht darin, dass mehr Speicherzellen auf derselben Siliziumfläche untergebracht werden können. Dies führt zu einer erheblichen Steigerung der Speicherkapazität ohne eine proportionale Erhöhung der Herstellungskosten. Aktuell fertigen DRAM-Hersteller Chips mit maximal 32 Gigabit Kapazität, was 34,36 Milliarden nutzbaren Zellen entspricht. Die nächsten Schritte in der Entwicklung zielen auf 64 und 128 Gigabit pro Chip ab.
Die Technologien hinter 3D-DRAM
Ein Schlüsselkonzept bei der Entwicklung von 3D-DRAM ist das Stapeln mehrerer Funktionslagen auf demselben Die. Dies unterscheidet sich von Technologien wie High-Bandwidth Memory (HBM), bei denen mehrere Chips nach der Fertigung übereinandergelegt werden. Stattdessen werden bei 3D-DRAM mehrere Schichten von Speicherzellen direkt auf einem einzigen, monolithischen Die angeordnet.
Ein interessantes Beispiel ist das Konzept von Neo Semiconductor für 3D X-DRAM. Anstatt klassische Speicherkondensatoren zu verwenden, setzt Neo Semiconductor auf Floating Body Cells als Elektronenspeicher. Mit diesem Ansatz sollen 128 Gigabit Kapazität auf 230 Lagen möglich sein. Es ist hilfreich, 3D-DRAM mit 3D-NAND-Flash zu vergleichen, da beide Technologien ähnliche Prinzipien anwenden. 3D-NAND-Flash erreicht bereits höhere Speicherdichten, da Flash-Zellen kompakter sind. Aktuell sind Chips mit über 300 Lagen in Produktion, die 1 Terabit pro Die speichern können.
Forschungsarbeiten und Fortschritte
Große Speicherhersteller wie Samsung treiben die Entwicklung von 3D-DRAM voran. Auf dem 2023 IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits präsentierte Samsung ein Paper zu Vertically Stacked DRAM (VS-DRAM). Zudem untersucht Samsung die Eignung von Vertical Channel Transistors (VCT) für die 3D-DRAM-Technologie.
Fazit
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