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PC主存储器迈向DDR2世代
 

【作者: 彭茂榮】2005年01月01日 星期六

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工欲善其事,必先利其器。无论在工作上或在生活上,现代科技人都期望能更有效率地达成目标,因此速度更快的个人计算机(PC)已是人人必备的电子设备之一。随着PC的高速化趋势,其内部核心组件需要不断往更高速度迈进,其中微处理器(CPU)的频率目前可达到3.8GHz以上。而前端总线(Front Side Bus;FSB)代表CPU外部频率,即CPU到北桥芯片间的传输速度,从以往400MHz、533MHz、667MHz、800MHz,提升为1066MHz以上。


对于PC的主存储器而言,高速化也为未来的重要发展趋势之一。PC采用动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory;DRAM)为其主存储器,从以往的低速架构,如EDO(Extend Data Out) DRAM及FPM(Fast Page Mode) DRAM,发展至SDRAM(Synchronous DRAM)、及目前400MHz的DDR(Double Data Rate),但DDR已逐渐无法满足未来PC的高速需求。


而DDR2拥有比DDR更高的效能、速度及低耗电等特性,并有效提升周边接口及装置整体操作效能,例如显示适配器、WiFi 模块卡及SATA硬盘设备等。DDR2以400MHz起跳,包括533MHz、667MHz,并达到800MHz以上,如(图一),可因应FSB高速传输的需求,因此DDR2势必成为PC下世代内存规格的主流。


《图一 DRAM频?(Bandwidth)演进表 》
《图一 DRAM频?(Bandwidth)演进表 》

<@資料來源:数据源:三星电子(Samsung),2004/11>


DDR2与DDR之比较

目前DRAM架构进入世代交替,DDR2将逐步取代DDR,根据电子组件评议会(JEDEC)规定,DDR2与DDR在规格上有许多的不同,包括封装型态、数据传输速率、操作电压、容量、内部区块、预取功能、读取和写入延迟、OCD及Termination等,如(表一)。此外DDR2的特性还包括:


  • ˙DDR2采用先进的FBGA(Fine-Pitch Ball Grid Array)封装,提供更佳的散热性能和电性效能。


  • ˙DDR2目前可支持高达533MHz的速率,每秒最大的带宽可达8.5GB(双信道模式下),未来可提升为800MHz以上的速率,及12.8GB/s以上的频?。


  • ˙DDR2最高可达单颗4 Gb的容量,搭配FBGA封装使体积比传统TSOP封装的DDR缩小50%,让内存模块的容量极限能更往上推升。


  • ˙DDR2采用1.8伏特工作电压,可节省耗电量。


  • ˙DDR2使用ODT(On-Die Termination)技术,可降低高速运作下内存信号的回授,进而提高内存频率的极限值。


  • ˙综合上述,DDR2的优点主要包括:更高传输速率、更低功率消耗与更高效能等。



《表一 DDR与DDR2之特性比较表》
《表一 DDR与DDR2之特性比较表》

<@資料來源:数据源:三星电子(Samsung),2004/11>


在DRAM模块方面,由于DDR2不论在pin脚数、pin脚定义、工作电压、芯片结构上均相异于DDR,因此DDR2模块并无法向下兼容于现有使用DDR模块的主板。虽然DDR2模块与相对应的DDR模块有近似的外观,但pin脚结构不同,所以DDR2模块只适用于支持DDR2的系统和主板。参考(表二)


《表二 DDR与DDR2模块比较表》
《表二 DDR与DDR2模块比较表》

<@資料來源:数据源:三星电子(Samsung),2004/11>


DDR2的应用情形

在看DDR2的应用之前,先来看看整体DRAM的应用分布,主要可分为三大类,第一类是信息应用类,占80%(Megabytes比重):如超级计算机、工作站、服务器、桌上型(Desktop)计算机、笔记型(Notebook)计算机和DRAM模块等;第二类是通讯应用类,占4%:如手机、录音机、传真机、路由器等;第三类是消费性应用类,占8%:如游戏机(Video Game Console)、视频转换器(Set-Top Box)、打印机(包含激光打印机)及DVD播放器等,如(表三)。


其中PC及升级模块是属于资应用类别,2004年就占整体DRAM应用比重50%以上,其中桌面计算机占35%、笔记本电脑占12%、升级模块占6%。2004年PC应用是以DDR架构为主,但2005年之后PC乃是DDR2的最大市场,也就是说,DDR2会逐渐取代DDR在PC主存储器中的地位。在DDR2成为PC的主存储器架构主流之前,因DDR2具有比DDR高的性能,会先被工作站、服务器等高阶计算机所采用,未来才会随着DDR2的价格下降,逐渐切入PC领域。


《表三 DRAM应用比重表(Megabytes)》
《表三 DRAM应用比重表(Megabytes)》

<@資料來源:数据源:Dataquest,2004/11>


全球DRAM大厂之DDR2布局情形

目前国外DDR2厂商主要包括三星(Samsung)、美光(Micron)、海力士(Hynix)、英飞凌(Infineon)及尔必达(Elpida)等。在国内的部分,主要包括南亚(Nanya)、力晶(Powerchip)、茂德(ProMOS)等。以下就来介绍国内外DDR2厂商之布局情形。


三星(Samsung)

三星是全球DRAM龙头厂商,2003年产值占全球29%,因此三星DDR与DDR2的产能调配动作将攸关整体DRAM价格及获利表现。2004年三星将部分产能转至DDR2,率先打入计算机OEM市场,维持领导优势。2004年第四季,三星的DDR2 Megabytes产出比重占25%,月产能约2600万颗DDR2;预估2005年第四季可占50%,月产能约600万颗DDR2。在容量方面,三星已导入256Mb、512Mb及1Gb DDR2的量产,而2Gb DDR2在2005年第二季之后会有小量生产,实为全球DRAM的超级领导厂商。


美光(Micron)

美光是2003年全球第二大DRAM厂商,市占率为19%。2004年第四季,美光的DDR2 Megabytes产出比重占14%,月产能约800万颗DDR2;预估2005年第四季可占52%,月产能约3400万颗DDR2。在容量方面,美光已导入256Mb及512Mb DDR2的量产,1Gb的DDR2产品在2005年第一季才会有稳定的产出量,而2Gb DDR2在2005年第三季之后会小量产出。


英飞凌(Infineon)

英飞凌是2003年全球第三大DRAM厂商,市占率为15.4%。2004年第四季,英飞凌的DDR2 Megabytes产出比重占15%,月产能约1000万颗DDR2;预估2005年第四季可占51%,月产能约4300万颗DDR2。在容量方面,英飞凌已导入256Mb及512Mb DDR2的量产,1Gb的DDR2产品在2004年第四季小量生产。


海力士(Hynix)

海力士是2003年全球第四大DRAM厂商,市占率为14.8%。2004年第四季,海力士的DDR2 Megabytes产出比重占11%,月产能约700万颗DDR2;预估2005年第四季可占58%,月产能约3100万颗DDR2。在容量方面,海力士已导入256Mb及512Mb DDR2的量产,1Gb的DDR2产品在2004年第四季小量生产。


尔必达(Elpida)

尔必达是2003年全球第六大DRAM厂商,市占率为4.5%。2004年第四季,尔必达的DDR2 Megabytes产出比重占8%,月产能约200万颗DDR2;预估2005年第四季可占20%,月产能约800万颗DDR2。在容量方面,尔必达已导入256Mb及512Mb DDR2的量产,1Gb的DDR2产品在2004年第四季小量生产,而2Gb的DDR2产品在2005年第三季小量生产。


国内厂商

国内主要DDR2厂商包括南亚、力晶及茂德。台湾厂商在DDR2开发上仍落后全球DRAM大厂,南亚是首家通过Intel认证的台湾DRAM厂,力晶和茂德目前也已准备好量产DDR2能量。


南亚已开始对客户送样认证中,目前8吋厂产能有20%左右为DDR2。南亚与英飞凌合资的华亚12吋厂月产能已达2.4万片,其中一半产能属于南亚,全部以DDR2产品为主。2005第一季,南亚DDR2占总产能(Megabytes)目标为60%以上,第4季目标为75%以上。


力晶以0.1微米制程为主,2004年第4季开始小量生产DDR2产品,容量以512Mb为主。2005第一季,力晶DDR2占总产能(Megabytes)目标为20%以上,第4季目标为60%以上。力晶与尔必达有良好策略联盟关系,并为尔必达代工512Mb DDR2产品。


茂德目前采用0.14与0.12微米制程技术,生产256Mb DDR产品,2004年底将制程技术升级至0.11微米技术,开始生产256Mb及512Mb DDR2产品。2005第一季,茂德DDR2占总产能(Megabytes)目标为15%以上,第4季目标为65%以上。2005年底,预计以90奈米技术小量生产512Mb及1G DDR2产品。


整体而言,预估全球2004年DDR2的供给量为3.6亿颗,至2005年为20亿颗。


DDR2之机会与挑战

目前国内外DRAM厂商均已进行DDR2的量产布局。但就整体产业上下游而言,DDR2所面临的挑战主要有以下四点:


  • (1)因DDR2低电压设计,须以12吋厂0.11微米制程生产,微影设备需求248奈米更换为193奈米。


  • -目前主流DRAM制程技术大部分已从0.13微米转换至0.11微米,而转换初期的问题已大至获得解决,使得良率从20%逐渐提升至70%以上。


  • (2)因DDR2的数据传输速度高,需要新的高速测试机台。


  • -在测试方面,由于DDR2为极高频之内存,传统DRAM测试机台如爱德万(Advantest)5581/5585等测试设备已无法全部胜任,必须使用更高速的爱德万5592/5593测试机台。但5593测试机台的价格动辄新台币2亿元之谱,庞大的测试设备投资金额,亦使得一般测试厂裹足不前,形成技术及资金双重门坎。


  • (3)因DDR2的封装型式为CSP(FBGA),与以往的TSOP不同,因此需要新的封装机台。


  • -DDR2封装测试的跨入门坎相当高。其中在封装技术方面,有别于传统DRAM的TSOP封装,DDR2需采用FBGA(fine pitch BGA)型式的封装,且封装所使用之基板为中间开孔之Window Type基板,其制程技术及专利权问题均令传统TSOP封装之厂家不易跨入,必须付出极高之技术权利金才能跨入此门坎。


  • (4)目前DDR2价格仍相当高,因此对市场的开拓有所防碍。


  • -因DDR2价格高出DDR许多,因此初期以服务器、工作站及高阶计算机产品应用为主。


  • -DDR2 因为后段封测成本过高,且良率相对于DDR低,导致DDR2产品终端价格比DDR高出许多,每颗DDR2之总制造成本将高出DDR约30%。


  • -目前DDR价格仍算不错,使DRAM制造商仍可获利,降低其积极转入DDR2之意愿。



《图二 DRAM架构比重表(Megabytes)》
《图二 DRAM架构比重表(Megabytes)》

<@資料來源:数据源:Dataquest,2004/11>


虽然DDR2因规格与DDR不同而带来许多的挑战,但DDR2也有许多助力,主要包括以下三点:


  • (1)Intel 等大厂大力支持,推支持DDR2的相关CPU与芯片组。


  • (2)目前支持DDR2的产业上下游,包括DRAM制造、封装、测试及模块技术都不是太大的问题。


  • (3)PC OEM及主板厂商在DDR2市场仍不明朗的初期,将以共同支持DDR与DDR2方案来解决。



因此综观来看,DDR2虽然有挑战,但也具备相当的助力,因此DDR2取代DDR成为主流只是时间点的问题。目前DDR2与DDR之间的价格溢价由50%左右开始缩小,加上制程转换至0.11微米的问题已大至获得解决,以及良率逐渐提升,预期产业上中下游各家业者对DDR2的推动态度会从保守趋于乐观,包括PC OEM厂商、主板业者、DRAM模块及相关芯片厂商等。


由以上分析可知,DDR2要能量产,需要0.11微米制程技术的成熟,因此对于DRAM制造厂商而言,能量产DDR2最重要的三个观察点为:


  • ˙11微米制程技术进度及良率。


  • ˙12吋厂的产能进度。


  • ˙是否能通过国际大厂的质量认证。



目前国外DRAM厂商中,以三星量产DDR2产品的进度最快,因其0.11微米制程的进度和良率及12吋厂进度都是全球第一。


国内DRAM业者仍是以量产256Mb DDR产品为主力,产能比重约在七成左右,而DDR2的进度则以南亚最为积极,力晶及茂德则已预备好可量产的能量。在0.11微米的部分,目前国内主要DRAM厂商良率均可突破60%以上,未来将逐季提升。


在12吋厂产能的部分,力晶在2004年第四季的月产能可达4万片以上,而茂德可达2万片以上,在南亚的部分,其12吋厂华亚半导体2004年第四季月产能快速提升到2.4万片。综合上述,我国在DDR2的产品进度上,算是国外大厂的积极跟随者,且未来具有大量生产DDR2的潜力。


最后来看全球DDR2各季占整体DRAM Megabytes之比重变化。2003年,已有少数国外DRAM大厂少量生产DDR2,例如三星,因此至2003年第四季,全球DDR2比重约为2%。而2004年全球大部分DRAM厂商均开始投入DDR2生产,但受到后段封测产能投资不足,加上DDR2制造成本仍较DDR高,2004年DDR2生产比重仍不高,预估至2004年第四季,DDR2比重为16.5%。不过在国际大厂的支持之下,预估2005年第一季起DDR2全球产出比重将逐步提升,2005年第四季比重将超过50%,可望取代DDR成为主流规格,如(图二)。预估DDR2在2006年底时可占75%以上,而DDR3开始导入市场。(作者为工研院经资中心IEK产业分析师)


延 伸 阅 读

计算机工业即将面临巨大的变革 --- PCI Express 第三代总线成 ? 潮流, DDR2 被大规模推广, 64bit 处理器终于被各处理器生 ? 厂家所重视,这些技术将决定未来数年内 PC 的功能与性能。相关介绍请见「DDR2与64位处理器不可告人的秘密」一文。

在这一篇评析中,我们将探讨内存和 CPU 之间的配合、内存的运作方式,以及 DDR 、 DDR400 和 DDRII 等术语背后的概念。你可在「内存大战:重返JEDEC」一文中得到进一步的介绍。

被视为是目前 DDR 内存标准革命性替代品, DDR2 打破了 DDR 的频率限制,具有高带宽可用性、容纳更多芯片数组及更低秏电量的特色。在「DDR2技术揭密」一文为你做了相关的评析。

最新消息

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为因应 DDRII 规格内存即将成为市场主流, DRAM 厂为抢攻市场占有率,纷纷计划推出新产品,且因 DDRII 封装与测试制程皆与上一世代不同,各家 DRAM 厂也与后段封测厂进行技术合作,包括南亚科与裕沛、茂德与南茂、力晶与力成。你可在「布局DDRII市场 DRAM业者与封测厂合作密切」一文中得到进一步的介绍。

英飞凌( Infineon )推出使用在 Sub-Notebook 的 DDR-Micro-DIMM 模块( Dual In-line 内存模块),此款符合 JEDEC 规范的 Micro-DIMM 只有使用在一般笔记本电脑相同容量的 SO-DIMM ( Small Outline DIMM )的 65 %之大小。在「英飞凌推出DDR2内存模块」一文为你做了相关的评析。

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