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简单科普:关于原片白片黑片(1)晶圆篇

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适逢隔离,看到内存价格疯涨,大有回复到2017年10月的势头,对于我这个喜欢玩内存的小白来说,简直就是噩梦。闲着无事,查阅了一些资料,搬运或摘录一些常识,分享给亲爱的按摩店吧友们。内容均来自于互联网,如有出入,欢迎指正。
海力士已经制造出DDR5内存了,服务器内存单条64G,速度4800MHZ;商用零售内存单颗粒16Gb(2GB),频率6400MHZ,电压1.1V,不过据传普及还需要1到2年时间,因此本文还不算太迟,毕竟现在还是主打DDR4的嘛。
要说内存的原片、白片、黑片,首先必须要说一下圆晶。
Q1:什么是晶圆?
A1:晶圆是生产集成电路(integratedcircuit,缩写为IC)所用的载体,电子工业的基础是半导体,而半导体的基础就是晶圆。日常生活中用到的很多电子产品都离不开晶圆。譬如电脑的CPU,显卡,内存,SSD盘,手机处理器,手机内存,导航,MP3,U盘等等。
Q2:晶圆长啥样?有多大?
A2:下面图就是晶圆

晶圆尺寸一般分为6英寸(15cm)、8英寸(20cm)、12英寸(30cm)、18英寸(45cm)规格不等,国际上计算月产能基本是换算成8英寸的(1枚12英寸等效2.25枚8英寸)。
Q3:晶圆为什么是圆的?怎么造的?
A3:由普通硅砂(有氧化硅矿石,也有我们常见的沙子),经过提炼,溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成纯度高达99.999999999%的多晶硅。
然后多晶硅在坩埚熔融,然后将子晶放入坩埚中匀速转动并且向上提拉,则熔融的硅会沿着子晶向长成一个圆柱体的单晶硅棒(俗称“长晶”)。这种办法就是现在一向在用的CZ法(Czochralski),也叫单晶直拉法。如下图:

单晶硅棒经过抛光、金刚线切片之后,就成为了单晶硅圆片,因为是圆柱体横截面切片的,所以是圆形的,就是我们说的“晶圆”。然后根据订单需求,在晶圆上再进一步经过加工,搭制成NAND Flash还是DRAM等不同的集成电路。用途不同,每个Die的尺寸也不一样。


IP属地:江苏1楼2020-03-14 21:26回复
    15cm直径和45cm直径的晶圆尺寸跟人体对比


    IP属地:江苏3楼2020-03-14 21:34
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      Q4:一片DRAM晶圆能切割下来多少个内存Die?
      A4:计算公式如下:
      晶圆面积 晶圆直径
      合格的DIE数量 = ------------- 减去 ---------------------- 乘以 良品率
      DIE面积 DIE对角线长度
      对,没错,从公式里可以看出,提升产量,降低每个Die成本有三条路
      1:提升晶圆直径
      2:减小Die尺寸
      3:提高良品率
      晶圆代纪迁移成本是巨大的。
      从150mm到200mm花了大约6年,花费了15亿美金。
      从200mm到300mm花了10年时间,花费116亿美金。
      要从300mm进化到450mm,预计花费1020亿美元的巨额研发成本。
      从投资回报率来看,硅谷应用材料公司Applied Materials首席技术官Hadar悲观的预测:对于300mm晶圆设备的投入我们可能需要30年才能获得回报,而投入450mm晶圆设备我们将永远得不到回报。想想也是,毕竟应用材料公司的出货量远远低于前5的那几家大佬,但随着技术的突破,晶圆换代肯定是为期不远的,只要它带来的利润超过投入,商人就会去研发的。
      很明显,第一条路周期长,投入大,回报小,很难走,所以,各大设备厂商都从第二种和第三种方法着手,这可以从处理器巨头英特尔近20年处理器的制程工艺可以看出来,
      从2006年的65nm→07年的45nm→09年的32nm→2012年的22nm→2014年的14nm→最新的10nm
      不得不提的是AMD的ZEN2, 使用7nm工艺打造的一张晶圆,可以获得近750颗8核心Ryzen处理器,而竞争对手Intel在14nm制程下能够获得的成品CPU数量,则远不如此,这一点,让AMD获得极高的成本优势。
      关于第三点:良品率,良品率的高低,跟设备,技术的先进与否,工艺的成熟与否都有关,另外,晶圆厂还发现:离晶圆的圆心越远的区域,越容易出瑕疵Die。这一点简直跟第一条路完全相悖啊。晶圆大了,的确可以承载更多块的Die,但是良品率又不好控制了。
      Q5:晶圆界有哪些大佬?
      A5:收集整理了一些资料,做了各表格,简单明了。数据是2019年的数据,前7占了市场份额的61%,而前5里面的三巨头:三星,美光,海力士,都有自己的品牌商用DDR4,也给下游记忆体制造商提供内存颗粒。


      IP属地:江苏4楼2020-03-14 21:36
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        Q6:中国晶圆状况以及一些其他
        A6:中国作为集成电路需求量全球第一大国,自给率却只有27%,而且还是低端制程的。1Xnm甚至7nm的基本是零。
        中国自己的晶圆厂有四大厂,中芯国际,长江存储、武汉新芯、武汉弘芯,大部分工厂在上海,武汉,成都,北京,天津,深圳。
        三星在大陆的晶圆厂设在陕西西安;海力士在大陆的晶圆厂在江苏无锡
        英特尔在大陆的晶圆厂在辽宁大连;台积电在大陆的晶圆厂在江苏南京
        由于材料技术,制造技术,技术出口限制等原因,在大陆的晶圆厂都是8英寸和12英寸。
        根据中芯国际联席CEO梁孟松透露,1000片/月的产能就差不多要1亿美元的投入,1.5万片晶圆/月的产能意味着15亿美元的投资。想想三星2019年月产能293.5万片是何等的恐怖?这必须得大财团才能玩得转啊!


        IP属地:江苏8楼2020-03-14 21:44
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          2017年200%优惠活动燃情复刻


          IP属地:北京来自Android客户端9楼2020-03-14 21:59
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            IP属地:上海来自iPhone客户端10楼2020-03-15 03:45
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              楼被删光了


              IP属地:江苏11楼2020-03-15 16:27
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                科普贴竟然没人回


                IP属地:江苏来自Android客户端12楼2020-03-16 01:14
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                  感谢大佬普及知识,可是问题是咋看到一半就没了


                  IP属地:新疆13楼2020-03-19 13:02
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                    收藏了慢慢看


                    IP属地:新疆14楼2020-03-19 13:02
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                      涨知识了,期待后续。


                      15楼2020-03-19 13:38
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                        继续哇


                        IP属地:江苏来自Android客户端16楼2020-03-19 13:41
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                          大佬,继续科普呀


                          IP属地:福建17楼2020-03-19 21:21
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                            请问大佬内存固态黑片会带来什么坏处呢?


                            IP属地:浙江来自Android客户端18楼2020-03-26 23:21
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                              好帖,之前没刷到


                              IP属地:湖南来自Android客户端19楼2020-04-14 20:03
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