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剖析DRAM市场
 

【作者: 吳秉思】2007年04月04日 星期三

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DRAM在半导体的市场占有举足轻重的地位,经常成为景气的指针。跨入21世纪之后,DRAM产品开始迈入多样化时代。过去DRAM的种类大致是以容量来区分,现在则外加多种不同技术,除了PC100、PC133外,尚有DDR DRAM,Rambus。在应用方面,PC市场依然是最大的,但是手机、网络、消费产品所使用的DRAM增加比率,比PC来得高。因此DRAM将逐渐走向多元化。


RDRAM DDR两大阵营

受到库存和供过于求的影响,DRAM在2000年第四季后,价格即陷入疲软,预计2001年全球DRAM市场将大幅萎缩,只有202亿美元,较2000年的318美元,衰退了57%(图一)。市场虽冷,PC主用内存DRAM依然陷入了架构的战争,DDR DRAM和Rambus DRAM(表四)。众所皆知Rambus是由Intel所推动的,而DDR DRAM则是以非Intel阵营的AMD、威盛为挂帅。另一方面DRAM业者刻正尝试摆脱过分依赖PC市场的现象,开发新市场,未来DRAM仍有下一波高峰。在景气陷入谷底,资本支出较为保守。



《图一》
《图一》


1999~2000年坚持走Rambus DRAM(RDRAM)路线而失败的Intel,在2001年的新战局中,拟以Pentium4支持RDRAM的配套方式,卷土重来,非Intel阵营则仍坚持以PC 133 SDRAM一路延续下来的DDR DRAM技术,拟以此造成和Intel差异的效果,有助于区隔Intel而扩大芯片组和CPU占有率,当然Intel亦欲以RDRAM巩固领导者的地位,并发挥Pentium4的助攻角色,树立业界的最高标竿。但是不论是那一阵营,欲达成最终目的的先决条件是需要DRAM制造商的全力配合,生产足够的DRAM以资运用。


Intel绑桩的基本方式还是延袭过去模式,直接投资DRAM制造商,如三星、现代、Micron、Elpida和Infineon等,所收的效果并不相同。三星是最大的RDRAM的供货商,该公司宣称拥有全球七~八成的占有率,自可顺其自然接受Intel的奥援,装设更先进的测试设备,以加速RDRAM的产出,现代和NEC、日立所合资的Elpida则婉拒Intel的好意,不过Elpida仍计划在2001年第1季总共已生产300RDRAM(以128M换算),并在2001年第4季达到2000万颗的规模。Micron虽在1998年接受Intel的资助,却有权决定是否花费在RDRAM上。Micron对RDRAM仍坚守保留的态度,直到确定RDRAM有强劲的需求。Infineon则将Intel在2000年的投资用在德国德勒斯登厂的12吋厂之建设,用来生产包括RDRAM的各种DRAM,并非为RDRAM量身订做。整体而论,除了三星之外,大部分的DRAM业者对RDRAM的态度依然维持审慎而不躁进的立场。



《图二》
《图二》

RDRAM廉价版2002年初推出

DRAM业者对RDRAM的保守心态仍是价格问题,三星全额投入此产品不外乎维系本身在DRAM的领导角色,必须在每一个产品区隔中取得领先。唯不同于1999~2000年间业界对RDRAM一面倒的负面声音,三星在2001年2月底的Intel Developer Forum中透露,新的4内存组(Four-memory-bank)版本、RDRAM的芯片成本可降低20%。此一产品将配合Intel在2002年第1季推出的芯片组大量出货,同时将支持现行主流PC所用之单内存信道和Pentium4所用之双信道设计,现在的RDRAM的市场有限,遂便为PC所设计的4内存组因运而生。这一新版RDRAM可现在128M10美元的制造成本,届时只要5.2美元,仅比当时(2002年第1季)的128M SDRAM高出约10~15%。


三星强调此设计的价格可比美SDRAM。三星计划将2001年第1季RDRAM月产量800万颗,在第2季提高为1100万吨,之后第3、4季则再分别提升为1300万和1400万颗。除了三星和Elpida之外,东芝则是另一个在RDRAM较积极的业者,法人估计其总出产量要比NEC多,2001年第1到第4季的季总出产量分别为690、1200、1800和2400万颗。



《图三》
《图三》

Intel预留弹性空间,RDRAM不强上弓

相对于RDRAM,支持DDR DRAM的制造商明显比较多,几乎每个DRAM业者都已经打算生产DDR。台湾业界以南亚科技最为积极,系为配合具有裙带关系的威盛之DDR芯片组的布局。茂德和力晶可望在2001年第2季加入生产,尤其茂德的DDR产量将直追南亚。华邦则要到第3季才加入,且和力晶一样在DDR的出货量上并不十分积极。在DDR表现最强势的Micron、三星和现代等。Infineon的进度亦较落后。


2001年将成为SDRAM、DDR和RDRAM三种架构共存的局面,也使得相对应的芯片组出现混乱的局面。基本上Intel基于上次在RDRAM采取了强硬的立场导致市场反弹的教训,在此次重新布局上,态度较为温和,芯片组的支持上亦较有弹性。预定在2001年第3季推出的Brookdale芯片组,同时支持PC133和DDR/200MHZ,预留一可折衷的空间。


现阶段DRAM以PC市场为主,但随着2.5G、3G手机、网络、数字消费电子市场的急遽扩大,DRAM市场依赖PC的比重将会逐步减少。只是上述新应用对DRAM性能的要求,和PC用不同。业界正积极投入DRAM新应用组件的开发。



《图四》
《图四》

DRAM业者竞相开发低耗能DRAM

目前投入手机用DRAM的制造商,大都是全球顶尖的DRAM和SRAM业者 (表三)、(表四),手机的挥发性内存原以低耗能SRAM为唯一的选择,但随着手机在数据和图像处理量的增加,每单位记忆容量的晶粒面积较大的SRAM,无法在容量扩充和成本上取得优势,于是具备高容量、低价格特质的DRAM,在经过改良之后便开始转用在手机上。各大开发业者赋予这种新组件不同的称呼,当中最富盛名的首推富士通FCRAM。该公司在1999年就宣布将逐步退出PC用主流DRAM市场,改以研发强调低耗能、高速的FCRAM,提供携带装置,IA产品最佳的DRAM解决方案。Sony的可提供MP3功能之C404S和可接受NTTDoCoMo之「iApri」服务(Java为基础的服务)的F503i和P503i移动电话手机均使用FCRAM。实际上各个业者所开发的上述低耗能DRAM组件大同小异。这种低耗能的DRAM,在界面上是和SRAM相仿,细胞结构则近似DRAM,部份业者赋予其他的称呼,如虚构式SRAM(Pseudo SRAM)。这里我们以低耗能DRAM来表示。(表五)


目前已知各业者推出这种低耗能DRAM,在手机待机时的电流消耗和SRAM相当,为70μm上下,比PC用DRAM的1mA~2Ma低很多,接近低耗能SRAM的水平。欲达到上述的性能,必须在设计和制程上做调整。在设计方面,须削减充电电流和电路上电流的损耗,另一方面在制程上需达到优化的程度。



《图五》
《图五》

Direct RDRAM在数字电视和网络应用之优势胜过DDR

除了手机之外,在非PC的领域当中,DRAM 的最大消耗量可以以电视游乐器,数字电视、服务器和网络为代表。上述产品对DRAM性能的要求,和PC、手机各不相同。2000年下半年松下和SONY的数字电视开始引进Direct Rambus。欧规的数字电视尚使用SDTV,DRAM的传输速度只要300MBps左右。若引进HDTV,速度立刻跳升至1.6GBps左右,未来再加上HDD传影功能,以及考虑使用UMA架构(Unified Memory Architecture,舍弃图框内存,改用主存储器兼代其职),速度需再追加至2GBps。为了要简化测试工程和减少主板的组装面积,所使用的Direct RDRAM的芯片数目和输出入端子数目必须设法降低,最多只容许1到2颗芯片。基本上PC用DRAM得强调每单位平均容量的低价化,以符合长期以来降价的趋势。消费性用DRAM则较讲究性能和稳定度的配合,价格的苛求性倒在其次,至于会选用Direct RDRAM而非DDR SRAM的理由主要是基于速度和芯片数目的考虑。


常用的PC用SDRAM通常是×16bit的组成,在PC133的情形下,速度只有266MBps,DDR SDRAM则可能提高至532MBps,不到Direct RDRAM的1/3。PC用的DRAM为64位总线设计,故需要4颗DRAM并列。因PC需要的容量较大,此种安排可同时满足高容量和高速度的要求,而且DRAM可以采用较便宜的低速DRAM。然而在数字电视等极高速但较低容量的场合里,上述PC的组合,一来速度无法跟得上,二来容量又超过所需。故根本的方法是采用极高速DRAM。以HDTV级之MPEG2译码器所需的1.6GBps速度为例,只要一颗 ×16的128 Direct RDRAM,即可在400MHz频率下达到1.6GBps水平。但是若换成DDR SDRAM,就需要2颗×32的64Mb,方能在133MHz下,超过1.6GBps。换言之所需容量不大但要求极高速的数字消费电子产品所用之DRAM,以Direct RDRAM最为适合。


在主流的光纤通讯设备方面,OC-192所符合的路由器需要的数据传速速度为5GBps。使用R Direct RDRAM,需要3~4颗芯片链接,内存接口的输出入端子为200个端子;但改用DDR SDRAM,端子增为500个,不利于构装。在迈入OC-768之后,速度增为4倍,Direct RDRAM的优势将更加突显。



《图六》
《图六》

市场分散效果仍不足稀释DRAM恶性循环负面作用

DRAM市场的分散对DRAM等界面而言,具有正面的意义。如三星为了因应PC用主存储器以外市场的急速扩大,Direct RDRAM将大幅增产,2001年9月的月产能将提高为2月时的4倍。然而非PC领域的DRAM纵然有极高的成长率,市场规模仍不能和PC用相提并论。电玩的出产量虽然可观,主存储器的容量却远不如PC;服务器和工作站所需的容量较高,出产量却不多;手机的市场比PC大,在可预见的三年内,2.5G/3G的比例并不高,且每支手机需要的DRAM容量并不高。这部分的市场大抵只能弥补PC市场的迟缓,但无助于大力拉抬DRAM市场,相对地,此一分布式的走向,多样化的产品将增加DRAM业者在测试、封装和晶圆制造的成本,如何有效的控制每一环节以降低成本,成为一大考验。领导业者为了维持长久的竞争力,不得不在每一个市场区隔上开发,使DRAM的发展呈现活泼化。然而DRAM的价格本易受景气周期性波动,如今产品多样化的力道不足以发挥稀释的效果,价格仍将持续巨幅震荡。


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