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前言：

DRAM正走到一個關鍵分岔口，未來已經不再是簡單地“繼續縮線寬”，開始轉向兩個更底層的方向。

作者| 方文三

圖片來源 | 網絡

DRAM 的真正難點，是縮小之后還能不能穩定

DRAM的價值長期來自三個特征：便宜、夠快、夠密。

它要比SRAM便宜，比NAND快，還要有足夠高的容量。這個定位決定了DRAM不能像邏輯芯片那樣不計成本地導入先進工藝，也不能像NAND那樣主要依靠堆疊層數拉高密度。

它必須在性能、成本、良率和可靠性之間保持微妙平衡，這也是DRAM演進難度越來越高的根源。

在邏輯芯片中，FinFET之后走向GAAFET，是為了增強柵極對溝道的控制能力。柵極包圍溝道越充分，晶體管越容易在小尺寸下抑制漏電，維持開關性能。DRAM面臨類似壓力，只是約束更苛刻。

訪問晶體管不僅要開關快，還要漏電低；不僅要尺寸小，還要能適應存儲陣列、電容、位線、字線和外圍電路高度耦合的制造體系。

DRAM的難點已經從“能不能繼續縮”變成了“縮完之后還能不能穩”。GAAFET和4F2正是在這個背景下成為下一代DRAM路線中的兩個核心關鍵詞。

GAAFET：讓晶體管重新獲得控制力

GAAFET，全稱Gate-All-Around FET，可以理解為“柵極從四周包圍溝道”。相比傳統平面晶體管或 FinFET，它對溝道的控制更充分，在更小尺寸下更有利于降低漏電和改善短溝道效應。

放到DRAM中，GAAFET的價值可以概括為一句話：當訪問晶體管被迫繼續變小，它需要更強的柵控能力，才能守住數據保持時間和低功耗邊界。

這并非把邏輯芯片技術簡單搬進DRAM。DRAM 有自己的工藝秩序：存儲陣列、電容、外圍電路、熱預算、材料兼容性、良率窗口，每一項都很敏感。先進晶體管結構進入DRAM，真正考驗的不只是器件指標，更是它能否被整合進大規模、低成本、高良率的制造體系。

GAAFET對DRAM的意義主要體現在三點：

①它可以增強訪問晶體管的柵控能力。更強的溝道控制有助于降低關態電流，改善retention，減少刷新壓力。刷新看似是后臺動作，但在大容量、高帶寬、AI服務器場景中，刷新帶來的功耗和性能開銷會被不斷放大。

②它天然適合垂直結構。溝道豎起來以后，柵極可以環繞溝道，既節省平面面積，又改善器件電特性。這一點與未來4F2、垂直溝道晶體管以及 3D DRAM 的方向高度契合。

③它可能推動材料體系重構。IGZO、InGaZnO 等氧化物半導體受到關注，核心原因是關態電流低，并且可在較低溫度下沉積。這為降低刷新功耗、改善數據保持時間，以及未來把外圍電路放到存儲陣列下方打開了空間。

所以，GAAFET并不只是換一種晶體管形態。它更像是在給DRAM尋找一個新的器件底座：既能繼續縮小，又能降低漏電，還能適配垂直化和三維集成。

4F2：把一個bit占用的面積壓到更極致

GAAFET解決的是“晶體管能不能繼續穩住”的問題，4F2解決的是“一個bit到底還能占多小面積”的問題。

這里的F指最小特征尺寸，4F2可以理解為一個存儲單元占據2F×2F的面積。當前主流DRAM單元多為6F2，也就是3F×2F。看上去只是幾何面積的壓縮，實際牽動的是DRAM最核心的成本曲線。

DRAM是典型的單位bit成本產業，同樣的晶圓面積里放進更多單元，理論上就能攤薄成本。

6F2向4F2遷移，是產業試圖延續密度提升和成本下降的舊邏輯。

但4F2很難通過傳統平面結構實現，平面訪問晶體管、電容、位線、字線之間需要足夠空間，繼續壓縮會帶來干擾、寄生電容、漏電和對準問題。

因此，4F2的現實路徑往往指向垂直溝道晶體管，也就是VCT。

4F2的核心是把原本橫向展開的結構立起來，晶體管從“躺著”變成“站著”，位線、溝道、字線和電容在垂直方向重新組織。只有這樣，單元面積才有機會被壓縮到2F×2F。

這也解釋了為什么4F2 與 GAAFET在深層并不沖突。4F2需要垂直溝道，垂直溝道天然適合環繞柵；GAAFET需要更強的溝道控制，而垂直結構給它提供了天然舞臺。

兩條路線看似分叉，最終很可能在三維化方向上匯合。

三星與SK海力士：路線不同，終點相近

從產業競爭看，三星和SK海力士的選擇頗有代表性。

三星更傾向于多線并行，一方面，它在邏輯芯片GAAFET上積累了經驗，試圖把這種技術能力遷移到DRAM領域。

另一方面，三星也在推進4F2與垂直溝道結構，并通過晶圓鍵合、外圍電路下置等方式重構 DRAM版圖。

三星的策略有明顯優勢：技術儲備更全面，路線選擇更靈活。GAAFET可以作為更長遠的器件探索，4F2則承擔中期密度提升任務。問題在于，多線并行也意味著資源分散。

尤其是在先進晶體管本身良率仍需持續優化的情況下，再疊加DRAM單元集成、垂直結構、鍵合和材料變化，工程復雜度會迅速上升。

SK海力士的思路則更集中，重點押注4F2垂直路線。這與其近幾年在 HBM 領域的領先地位有關。HBM對單顆DRAM裸晶的密度、功耗和良率要求極高。

4F2帶來的面積壓縮，放到HBM場景中，意味著同等封裝尺寸內可以獲得更高容量，或者在相同容量下改善成本和功耗。

更關鍵的是，4F2不只服務普通DRAM，也可能成為HBM后續迭代的重要基礎。AI服務器對HBM的需求持續拉高，GPU平臺對帶寬和容量的要求也在不斷提升。

誰能率先把下一代DRAM cell做到穩定量產，誰就有機會在HBM供應鏈中占據更強位置。GAAFET與4F2的競爭是下一輪HBM和AI內存供應格局的爭奪。

真正的未來，不是二選一

GAAFET是器件層面的未來，4F2是單元架構層面的未來。前者解決晶體管控制力，后者解決密度和成本；前者回答“怎么開關”，后者回答“怎么排布”。

在下一代DRAM中，兩者很可能會交織在一起。

4F2需要垂直溝道，垂直溝道適合環繞柵；GAAFET 需要新的溝道材料和更強的工藝控制，氧化物半導體又可能為低漏電和低溫集成提供空間。

外圍電路下置、晶圓鍵合、3D堆疊，則進一步把DRAM從二維版圖推向三維結構。

所以，DRAM的未來關鍵詞不只是 GAAFET，也不只是4F2，而是“結構微縮”。

平面微縮追求的是把線畫得更細，結構微縮追求的是把空間用得更聰明。前者依賴光刻極限，后者依賴架構重排、材料升級和工藝協同。

這會給產業鏈帶來深遠影響，設備公司將面對高深寬比刻蝕、低溫沉積、晶圓鍵合、可靠性檢測等新機會。

材料公司會圍繞氧化物半導體、high-k材料、金屬柵和低溫薄膜展開競爭。

存儲廠商則需要在成本、良率、資本開支和客戶認證之間重新做戰略取舍。

結尾：

GAAFET與4F2之所以重要，是因為它們共同指向一個事實：DRAM的傳統增長方式正在進入深水區。

GAAFET讓晶體管在更小尺寸下繼續可控，4F2讓單元面積進一步壓縮，3D DRAM則把存儲從平面帶向縱深。

三者連在一起，構成DRAM下一輪技術躍遷的主軸。

一旦路線跑通，DRAM的成本結構、密度曲線、供應格局，以及AI時代的內存瓶頸，都會被重新改寫。

過去，DRAM的故事寫在制程節點里；接下來，它會寫在垂直溝道、環繞柵、4F2單元、晶圓鍵合和三維堆疊里。

部分資料參考：印科技：《下一代DRAM技術路徑“二選一”》，中國電子網：《三星與SK海力士第七代DRAM標準之爭白熱化》，Longbridge：《次世代DRAM架構戰開打！三星擬導入 GAAFET、SK海力士走垂直堆疊》，快科技：《4F架構全球首產！三星突破DRAM物理極限》

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