2026年6月,北京。
中國科學院微電子研究所的實驗室里,一張晶圓上多了一層東西。不是晶體管,不是導線,是四層垂直堆疊的存儲單元。這是中國科學家第一次把IGZO材料做成的2T0C存儲單元,從平面搬到了三維空間里。
聽起來很專業對吧?沒關系,我用大白話給你講清楚這件事到底有多重要。
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存儲芯片的世界里,傳統DRAM用的是“1T1C”結構。一個晶體管配一個電容。這套方案用了幾十年,但現在遇到瓶頸了:晶體管越做越小,漏電越來越嚴重,數據刷新越來越頻繁,功耗越來越高。
IGZO(銦鎵鋅氧化物)是一種新材料。用它做晶體管,漏電流極低,數據保持時間能到幾百秒,比傳統DRAM的毫秒級強了幾個數量級。簡單說:更省電、更持久、更適合堆疊。
2T0C就是“兩個晶體管、零個電容”。不用電容,天然適合做3D堆疊——你想象一下蓋樓,每層不用放一個巨大的水箱(電容),只需要兩個小開關(晶體管),樓層自然可以蓋得更高、更密。
IGZO+2T0C的組合,被認為是突破“存儲墻”的重要技術路徑。而中科院這次干的,就是把這套組合第一次從“平房”蓋成了“四層樓”。
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很多人可能會想:不就疊了四層嗎?NAND閃存都疊到兩百多層了,四層有什么好吹的?
完全不是一回事。
NAND堆疊的是“存儲單元”,結構簡單,一層一層往上摞就行。DRAM堆疊的是“存儲單元+控制邏輯”,復雜得多——每層之間要通信、要同步、要散熱、要保證數據不串擾。打個比方:NAND堆疊像是疊紙杯,DRAM堆疊像是蓋一棟帶電梯、帶水管、帶電路的智能大樓。
中科院團隊這次實現的四層堆疊,用的是單步多層堆疊方案。什么意思?以前要一層一層建,現在一次成型。這就像3D打印和傳統施工的區別——效率、成本、精度都不是一個量級的。
具體指標也拿得出手:
每個單元存3比特(3 bits/cell),比傳統DRAM的1比特翻了3倍,存儲密度大幅提升
數據保持400秒,比傳統DRAM的毫秒級強了幾個數量級
高速寫入能力,讀寫速度不掉鏈子
更重要的是,這項技術可以集成在邏輯芯片的后道工藝上。翻譯成人話:以后的AI芯片,可以把計算和存儲“疊”在一起,數據不用跑遠路,算力瓶頸直接被打通。
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3D DRAM不是中國一個人在搞。全球存儲三巨頭:三星、SK海力士、美光都在拼命布局。
三星已經在10a原型中驗證了IGZO溝道材料的應用,85℃下數據保持時間可達75秒以上。計劃2028年量產,2029-2030年過渡到3D DRAM。
SK海力士展示了5層堆疊原型(良率56.1%),也在研究IGZO材料。美光累計了超過30項3D DRAM專利。
三家巨頭都在跑,但都還在“實驗室到量產”的路上。三星要2028年,SK海力士在推5層但良率只有56%,美光還在專利積累階段。
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我的判斷是:中國已經穩穩站在全球第一梯隊,而且位置還不錯。
證據有三條:
第二,產業界也在快速跟進。 長鑫存儲已經展示了全球首個BEOL集成的多層DRAM架構,基于IGZO溝道晶體管完成實驗驗證。有分析指出,這標志著國產存儲在該領域已邁入全球第一梯隊。長鑫存儲2025年11月發布的DDR5產品也標志著國產DRAM正式進入全球第一梯隊。
第三,中、美、韓差距不大。 專利分析顯示,3D DRAM是中、美、韓均在積極布局的新賽道,國內外差距較小。這和傳統DRAM領域“韓美壟斷、中國追趕”的局面完全不同——在3D DRAM這條新賽道上,大家起跑線相差不遠。
當然,差距也是有的。三星、SK海力士、美光在工程化、量產經驗、良率控制方面積累深厚,這是中國短期內難以追平的。中科院這次展示的是“實驗室成果”,從實驗室到晶圓廠,還有很長的路要走。
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存儲芯片的競爭,正在從“平面跑”變成“垂直跳”。
傳統DRAM的微縮已經快到物理極限了。再往下做,電子直接“穿墻而過”,你關不住它。3D DRAM就是那個“換道超車”的機會:不拼線寬多細,拼樓層多高。
IGZO材料、2T0C結構、多層堆疊。中科院這次的四層堆疊,是中國在這個輪廓上畫下的第一筆濃墨。長鑫存儲在產業端的跟進,則讓這條技術路線有了從實驗室走向量產的可能。
三星要2028年才量產,SK海力士的5層良率只有56%,美光還在積累專利。中科院這次的四層堆疊,雖然還只是實驗室成果,但在時間上不輸,在路線上不偏,在賽道上不落下風。
存儲芯片的“蓋樓”競賽才剛開始。中國不僅拿到了入場券,還搶到了前排座位。至于能不能把這張票變成最終的獎杯,就看接下來的工程化能力了。
但至少,方向對了,步子邁出去了。這在芯片行業,比什么都重要。
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