Die 4F²-DDR5-Speichertechnologie von China Changxin Memory wurde von Wall-Street-Analysten in Frage gestellt: Eine Markteinführung innerhalb des Jahres bedeutet nicht, dass sie Samsung zwei Jahre voraus ist. Die Rendite ist der Schlüssel

Zusammenfassung:

Der chinesische Speicherchip-Hersteller Changxin Memory (CXMT) gab kürzlich die Fortschritte der DRAM-Speichertechnologie der nächsten Generation bekannt und plant, bis Ende 2026 registrierte Server-DDR5-Speichermodule (RDIMM) mit 4F²-Speichereinheitenarchitektur auf den Markt zu bringen. Da Samsung Electronics zuvor davon ausgegangen war, eine ähnliche Technologie erst um etwa 2028 voranzutreiben, wurde dieser Zeitplan einst so interpretiert, dass Changxin Memory seinen koreanischen Konkurrenten bei bestimmten DRAM-Architekturen voraussichtlich etwa zwei Jahre voraus sein wird.

Wall-Street-Analysten stehen dieser Behauptung jedoch vorsichtig gegenüber. Das Investmenthaus Rosenblatt ist der Ansicht, dass es offensichtlich zu früh ist, die Technologie-Roadmap von Changxin Storage zum jetzigen Zeitpunkt als einen entscheidenden Vorsprung zu betrachten. Die Bank of America wies auch darauf hin, dass die Exportbeschränkungen der Vereinigten Staaten für fortschrittliche Halbleiterfertigungsanlagen Changxin Memory dazu veranlassen könnten, stärker auf Innovationen bei Speichereinheitenstrukturen zu setzen, anstatt einfach auf fortschrittlichere Fotolithografieprozesse zur Reduzierung der Chipfläche zu setzen.

Der Kern dieser Debatte ist nicht, ob Changxin Storage technologische Fortschritte gemacht hat, sondern ob seine angekündigte technische Roadmap wirklich in stabile, kostengünstige und groß angelegte kommerzielle Produkte umgewandelt werden kann, die geliefert werden können. Für die DRAM-Industrie sind die Veröffentlichung von Produkten, der Abschluss der technischen Verifizierung, das Bestehen der Kundenzertifizierung und das Erreichen der Massenproduktion völlig unterschiedliche Phasen.

Laut Wccftech stellte Cao Kai, Präsident von Changxin Memory, kürzlich auf der Integrated Chip and Chiplet Conference in Shanghai die Fortschritte des Unternehmens in der 4F²-DRAM-Technologie vor und erklärte, dass das Unternehmen plant, noch vor Ende 2026 Server-DDR5-RDIMM-Produkte auf Basis dieser Architektur auf den Markt zu bringen. Wenn dieser Plan wie geplant umgesetzt wird, wird Changxin Storage die Möglichkeit haben, früher eine neue Speichereinheitenarchitektur auf dem Serverspeichermarkt einzuführen.

Allerdings hat Changxin Storage bislang noch nicht die vollständigen Leistungsspezifikationen, die endgültige Betriebsfrequenz, die spezifische Kapazität, den Massenproduktionsertrag und den Kundenzertifizierungsstatus dieses Produkts bekannt gegeben. Daher ist es zum jetzigen Zeitpunkt nicht möglich, allein anhand der Veröffentlichungszeit zu beurteilen, ob es in Bezug auf Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit vollständig mit Produkten von Samsung, SK Hynix und Micron mithalten kann.

4F² ist eine Zelllayout-Technologie zur Erhöhung der DRAM-Speicherdichte. Um diese Technologie zu verstehen, müssen Sie zunächst die Grundstruktur herkömmlicher DRAM-Speicherzellen verstehen.

Moderne DRAMs verwenden normalerweise eine 1T1C-Architektur, das heißt, jede Speicherzelle besteht aus einem Transistor und einem Kondensator. Der Transistor ist für die Steuerung des Lesens und Schreibens von Daten verantwortlich, und der Kondensator stellt die Daten dar, indem er elektrische Ladung speichert. Eine große Anzahl von Speicherzellen ist in einem Array aus Wortleitungen und Bitleitungen angeordnet und bildet den Kernspeicherbereich des Speicherchips.

Im traditionellen 6F²-Layout beträgt die theoretische Grundfläche einer Speichereinheit 6F², wobei F die minimale Strukturgröße im Prozessdesign darstellt. Das 4F²-Layout versucht, die Einheitsfläche auf 4F² zu komprimieren, indem die Anordnung der Transistoren und Verbindungsstrukturen so geändert wird, dass die Transistoren in vertikaler Richtung angeordnet sind, anstatt sich vollständig in der Ebene zu entfalten.

Bei gleicher Strukturgröße verringert sich die theoretische Fläche von 4F²-Speicherzellen im Vergleich zu 6F² um etwa ein Drittel. Das heißt, wenn periphere Schaltkreise, andere Strukturen und Herstellungsbedingungen es zulassen, kann der Chip mehr Speicherzellen auf gleicher Fläche unterbringen oder die Chipfläche bei gleicher Speicherkapazität reduzieren.

Aber es gibt eine Prämisse, die leicht übersehen wird:

Eine Reduzierung der Einheitsfläche um ein Drittel bedeutet nicht, dass auch die Kosten des gesamten DRAM-Chips um ein Drittel sinken, noch bedeutet es, dass sich die Leistung zwangsläufig verbessert.

Die von Changxin Memory gewählte Lösung wird als Vertical Surrounded Gate (VSG)-Transistor bezeichnet. Seine Transistorkanäle sind in vertikaler Richtung angeordnet, und das Gate steuert den Kanal von der Umgebung aus, was zur Verbesserung der Gate-Steuerung und zur Reduzierung von Leckagen beiträgt. Mit diesem Aufbau haben Hersteller die Möglichkeit, die Fläche einer einzelnen Lagereinheit weiter zu reduzieren.

Changxin Storage hat nicht erst vor Kurzem mit der Erforschung dieser Richtung begonnen. Öffentlichen Berichten zufolge forscht das Unternehmen seit vielen Jahren an der 4F²-Architektur und hat entsprechende Fachbeiträge und Patente veröffentlicht. Im Jahr 2023 stellte das Unternehmen außerdem die Forschungsergebnisse eines vollständigen 8-GB-Speicher-Arrays unter Verwendung dieser Architektur vor. Das Unternehmen gab an, mehr als 300 Patentfamilien rund um die 4F²-Technologie angesammelt zu haben.

Diese Forschungsergebnisse zeigen, dass sich 4F² nicht nur in der Konzeptionsphase befindet. Es besteht jedoch immer noch eine beträchtliche Lücke zwischen Forschungsbeispielen, vollständigen Array-Demonstrationen und ausgereiften kommerziellen DRAM-Produkten. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, stabile elektrische Eigenschaften in einer hochdichten Struktur zu erreichen und sicherzustellen, dass der Chip eine ausreichend hohe Ausbeute für die Massenproduktion aufweist.

Bank of America: Exportbeschränkungen könnten Changxin Storage dazu veranlassen, auf die strukturelle Innovation 4F² umzusteigen

Analysten der Bank of America glauben, dass die Förderung der 4F²-Technologie durch Changxin Memory mit den Beschränkungen zusammenhängt, mit denen China beim Erwerb moderner Halbleiterfertigungsanlagen konfrontiert ist. Da fortschrittliche Lithographiegeräte Exportkontrollen unterliegen, ist es für chinesische Speicherchiphersteller schwierig, sich wie Samsung, SK Hynix und Micron ausschließlich auf kontinuierlich schrumpfende Prozessgrößen zu verlassen, um die Speicherdichte zu erhöhen. Daher sind sie motivierter, Durchbrüche zu erzielen, indem sie die Struktur von Gedächtniszellen verändern.

Bei der DRAM-Herstellung sind Prozessverkleinerung und Innovation der Speicherzellenstruktur zwei miteinander verbundene, aber nicht identische technische Wege.

Prozessskalierung erhöht hauptsächlich die Anzahl der Speicherzellen, die pro Flächeneinheit untergebracht werden können, indem die Größe der Schlüsselstrukturen reduziert wird. 4F² versucht, das Layout der Transistoren im Speicherarray zu ändern, um die theoretische Fläche der Zelle bei gleicher Strukturgröße zu reduzieren. Die beiden können in Kombination verwendet werden und stellen keine Entweder-Oder-Beziehung dar.

Es besteht immer noch eine Lücke zwischen den aktuellen Fertigungskapazitäten von Changxin Memory und denen führender internationaler Hersteller. Relevante Berichte wiesen darauf hin, dass seine 4F²-Produkte voraussichtlich auf der bestehenden etwa 15-Nanometer-DRAM-Prozessplattform aufbauen werden, während Hersteller wie Samsung auf die fortschrittlichere 10-Nanometer-DRAM-Prozessgeneration umgestiegen sind.

Auch wenn Changxin Memory das erste Unternehmen sein kann, das 4F²-Produkte auf den Markt bringt, heißt das nicht, dass es bei allen Prozessindikatoren führend ist. Es mag zwar Fortschritte bei der Speicherzellenstruktur geben, es müssen aber noch Probleme wie Fertigungsgenauigkeit, Peripherieschaltkreise, Chipleistung und Gesamtkosten gelöst werden.

Die Bank of America hat jedoch die potenzielle Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie nicht vollständig geleugnet. Wenn Changxin Memory zwischen 2027 und 2028 eine Massenproduktion erreichen kann und Samsung, SK Hynix und Micron ähnliche Architekturen noch nicht in großem Maßstab kommerzialisiert haben, dann wird Changxin Memory die Möglichkeit haben, sich in bestimmten Produktbereichen einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.

Dies ist auch der Grund, warum diese Technologieveröffentlichung die Aufmerksamkeit des Marktes auf sich gezogen hat. Die DRAM-Branche wird seit langem von drei Herstellern dominiert: Samsung, SK Hynix und Micron. Jede neue Technologie, die die Lagerkosten pro Einheit verändern und die Chipdichte erhöhen könnte, könnte sich auf die zukünftige Wettbewerbslandschaft der drei Unternehmen auswirken.

Rosenblatt: Technologie-Roadmap kann nicht direkt mit Kommerzialisierungsführerschaft gleichgesetzt werden

Verglichen mit der relativ vorsichtigen Haltung der Bank of America stehen Rosenblatt-Analysten dem Anspruch von Changxin Storage auf Technologieführerschaft skeptischer gegenüber, da sie der Ansicht sind, dass die sogenannte Schlussfolgerung führender Wettbewerber zwei Jahre im Voraus derzeit keine ausreichende Grundlage hat.

Rosenblatt wies darauf hin, dass Samsung und SK Hynix die 4F²-Architektur nicht studieren. Relevante Unternehmen haben jahrelange Forschungs- und Entwicklungsressourcen investiert, aber diese Technologie wurde noch nicht in großem Umfang in kommerziellen Produkten eingesetzt. Ein Grund dafür ist, dass die 4F²-Struktur zwar die Dichte erhöht, aber auch neue Herstellungsprobleme mit sich bringt.

Da Transistoren, Kondensatoren und zugehörige Verbindungsstrukturen immer kompakter werden, kann die Prozesssteuerung schwieriger werden. Kleine Abweichungen in der Transistorgröße und -position können die elektrische Leistung einer Speicherzelle beeinträchtigen. Je dichter die Struktur, desto mehr Variablen müssen während des Herstellungsprozesses kontrolliert werden und Fehler können schwieriger zu vermeiden sein.

Darüber hinaus sind Speicherchips äußerst empfindlich gegenüber Ausbeute. Ein DRAM-Chip enthält eine große Anzahl von Speicherzellen. Selbst wenn die Wahrscheinlichkeit eines Defekts in einer einzelnen Zelle sehr gering ist, kann es zu einem erheblichen Ertragsverlust im gesamten Array kommen. Hersteller müssen Fehler durch redundante Konstruktions-, Test- und Reparaturmechanismen kontrollieren, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den kommerziellen Standards entspricht.

Wenn die neue Architektur die theoretische Dichte erhöhen kann, aber zu einer Verringerung der Ausbeute, einem Anstieg der Herstellungskosten oder einer unzureichenden Produktzuverlässigkeit führt, dann ist sie möglicherweise nicht wirtschaftlicher als die ausgereifte 6F²-Lösung.

Rosenblatts Zweifel basieren auf diesem Punkt: Die Ankündigung von Changxin Memory, 4F²-Produkte auf den Markt zu bringen, bedeutet nicht, dass das Unternehmen bewiesen hat, dass es eine stabile Massenproduktion zu wettbewerbsfähigen Kosten erreichen kann. Um zu beurteilen, ob die Technologie wirklich führend ist, müssen Sie sich tatsächliche Produkte, zuverlässige Leistungsdaten und kommerzielle Produktionsergebnisse ansehen und nicht nur die von den beiden Unternehmen veröffentlichten Zeitpläne vergleichen.

Samsung und SK Hynix fördern ebenfalls die 4F²-Technologie

Aus Sicht der Branchenentwicklung ist 4F² keine einzigartige technische Ausrichtung von Changxin Storage.

Samsung hat zuvor öffentlich ein 4F²-DRAM-Design mit vertikalen Kanaltransistoren demonstriert und untersucht die Hybrid-Bonding-Technologie auf Waferebene, um das Speicherzellenarray flexibler in periphere Schaltkreise zu integrieren. Es wird erwartet, dass entsprechende Technologien die Ausnutzung der Chipfläche verbessern und gleichzeitig die Speicherdichte erhöhen.

Frühere Branchenberichte wiesen darauf hin, dass die Massenproduktionszeit von Samsung unter Verwendung der 4F²-Architektur bei etwa 2028 liegt. Nachfolgende koreanische Medienberichte zeigten jedoch, dass sich die relevanten technischen Routen und spezifischen Zeitpläne noch ändern können und 2028 nicht als bestätigtes Massenproduktionsdatum angesehen werden kann.

SK Hynix hat außerdem Forschungspläne für vertikale Transistoren, 4F²-Speicherzellen und dreidimensionales DRAM angekündigt. Die entsprechende Roadmap von Micron enthält keinen ähnlich klaren öffentlichen Zeitplan.

Daher ist das sogenannte Changxin Storage zwei Jahre voraus und vergleicht tatsächlich das Ziel von Changxin Storage, Produkte bis Ende 2026 auf den Markt zu bringen, mit der zuvor gemeldeten Forschungs- und Entwicklungs- oder Massenproduktionszeit seiner Konkurrenten. Was verschiedene Unternehmen jedoch als „Produkteinführung“, „Einführung von Technologie“ und „Start der Massenproduktion“ bezeichnen, kann sich jeweils auf unterschiedliche Phasen beziehen, wie z. B. technische Muster, Kundenmuster, Risikoproduktion oder groß angelegte Kommerzialisierung.

Wenn wir nicht zwischen diesen Konzepten unterscheiden und sie nicht direkt in führende Jahre umwandeln, kann es leicht passieren, dass die technologische Kluft überbewertet wird.

Der eigentliche Test besteht darin, ob es die Massenproduktion stabilisieren und bei Serverkunden Anerkennung finden kann

Das Produkt, das Changxin Storage dieses Mal auf den Markt bringen möchte, ist DDR5 RDIMM, ein registriertes Speichermodul für Server und Workstations.

RDIMM verwendet normalerweise einen Register- oder Puffermechanismus, um die elektrische Belastung des Speichercontrollers zu reduzieren, sodass die Serverplattform mehr Speichermodule und eine größere Speicherkapazität unterstützen kann. Im Vergleich zu gewöhnlichem Desktop-Speicher gelten für Serverspeicher strengere Anforderungen an Zuverlässigkeit, Stabilität, Kompatibilität und langfristige Lieferfähigkeit.

Das bedeutet auch, dass Changxin Memory, selbst wenn es erfolgreich DRAM-Chips mit der 4F²-Architektur herstellt, noch weitere Moduldesigns, Systemkompatibilitätstests und Kundenzertifizierungen abschließen muss, bevor es in den Servermarkt eintreten kann.

Rechenzentrumskunden werden einen bestimmten Speichertyp nicht sofort in großem Umfang einsetzen, nur weil er eine neuere Speichereinheitenstruktur verwendet. Der Speicher muss unter verschiedenen Belastungen stabil bleiben und Anforderungen wie Fehlerkontrolle, Temperaturmanagement, Langzeitbetrieb und Versorgungskonsistenz erfüllen. Probleme in irgendeinem Link können den Kommerzialisierungsfortschritt des Produkts beeinträchtigen.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung relevanter Berichte hat Changxin Memory die vollständige Kapazität, Betriebsfrequenz, Chipdichte, den endgültigen Herstellungsprozess, den Massenproduktionsumfang und die Kundenliste des neuen Produkts nicht offengelegt, und kein Dritter hat dieses 4F²-Produkt unabhängig getestet. Daher lässt sich derzeit nicht sagen, ob die tatsächliche Leistung besser ist als die bestehender Samsung-, SK Hynix- oder Micron-Produkte.

Wenn das Unternehmen das Produkt wie geplant auf den Markt bringen und nach und nach seine Ausbeute, Stabilität und Kostenvorteile unter Beweis stellen kann, könnte diese Technologie zu einer wichtigen Entwicklung für Chinas DRAM-Industrie werden. Verzögert sich dagegen der Zeitpunkt der Produkteinführung oder treten nach der Massenproduktion Ertrags- und Kostenprobleme auf, ist es schwierig, den sogenannten Vorsprung zwei Jahre im Voraus zu ermitteln.

Aus Sicht des industriellen Wettbewerbs kann Changxin Memory nicht länger einfach als Randakteur auf dem internationalen DRAM-Markt betrachtet werden. Die G5-DRAM-Plattform der fünften Generation ist in die Massenproduktion gegangen und ihr Marktanteil wächst ebenfalls. TrendForce-Daten zeigen, dass der Anteil von Changxin Memory am weltweiten DRAM-Umsatz im zweiten Quartal 2026 9,5 % erreichte, mehr als 7,6 % im ersten Quartal und damit weltweit den vierten Platz belegt.

Dies zeigt, dass Changxin Storage seinen Geschäftsumfang schrittweise erweitert und in der Lage ist, mehr Ressourcen in die Forschung und Entwicklung neuer Architekturen zu investieren. Allerdings sind wachsende Marktanteile und die Beherrschung der Speichertechnologie der nächsten Generation immer noch zwei verschiedene Dinge. Nur weil Ersteres Fortschritte gemacht hat, kann nicht direkt geschlossen werden, dass Letzteres erfolgreich war.

Insgesamt verdient der 4F²-DDR5-Plan von Changxin Memory Aufmerksamkeit, zum jetzigen Zeitpunkt ist es jedoch angemessener, ihn als einen Technologieweg mit Potenzial zu betrachten, der noch kommerzialisiert werden muss, und nicht als eine etablierte Generationenführerschaft.

Die 4F²-Architektur kann theoretisch tatsächlich die Dichte von Speicherzellen erhöhen, und Changxin Memory hat auch entsprechende Forschungs- und Patentgrundlagen gesammelt. Ob diese Technologie jedoch das globale DRAM-Marktmuster verändern kann, hängt letztendlich davon ab, ob das Produkt termingerecht auf den Markt gebracht werden kann, ob die Produktionsausbeute den Anforderungen gerecht wird, ob die Kosten für die Speichereinheit wettbewerbsfähig sind und ob Serverkunden bereit sind, es in großem Umfang einzuführen.

Für Samsung, SK Hynix und Micron verdienen die Fortschritte von Changxin Memory kontinuierliche Aufmerksamkeit; Doch für die gesamte Branche besteht der wirklich entscheidende Knotenpunkt nicht darin, die Einführung einer neuen Architektur anzukündigen, sondern sie in ein stabiles, zuverlässiges und nachhaltig profitables Massenprodukt umzuwandeln.