國研院攜手旺宏電子，開發領先全球的新型 3D DRAM 記憶體

負責儲存資料的隨機存取記憶體（RAM）在 AI 時代越發重要，直接影響到 AI 晶片處理數據速度、效率。近日，國研院半導體中心宣布與旺宏電子公司合作開發出新型高密度、高頻寬 3D 動態隨機存取記憶體，是全球最早開發新型 3D DRAM 團隊之一。

傳統 2D 記憶體已達密度上限，記憶體廠商為尋求突破，紛紛將研發焦點轉向 3D 堆疊記憶體，就像平面停車場進階為立體停車場增加泊客量，3D 記憶體能在相同面積上大幅提升記憶體密度。

其中，動態隨機存取記憶體（Dynamic Random-Access Memory，DRAM）因具備讀寫速度快、高耐久、低成本優勢，成為需要進行極大量、快速資料運算的 AI 晶片暫存記憶體主流。

當前 AI 晶片整體架構利用半導體封裝技術將 2D 平面製作的 DRAM 層層堆疊串連，製成高頻寬記憶體（High Bandwidth Memory，HBM），然而記憶體頻寬仍受封裝技術限制，加上現有 DRAM 耗能高，從而增加 AI 晶片總耗電量。如何製造出更高頻寬（傳輸訊號更快）、更高密度（更大容量）且更低耗能 HBM，便成為全世界各研發單位及記憶體大廠主要研發方向。

「無電容」新型設計大幅縮小元件尺寸

透過產學合作機制，國研院半導體中心與台灣記憶體製造大廠旺宏電子公司合作，宣布成功開發出「新型高密度、高頻寬 3D 動態隨機存取記憶體」（3D DRAM），具體積小（高密度）、高頻寬、能耗低、耐用度高等優勢。

國研院解釋，HBM 中 DRAM 基本單位是一個電晶體加一個電容，以電晶體作為開關對電容進行充電、放電來記錄 1 或 0，但新開發的 3D DRAM 不使用傳統記憶體體積較大的電容，而是串聯 2 顆氧化銦鎵鋅（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO）電晶體，將 0 與 1 訊號儲存在 2 顆電晶體之間，這種無電容新型結構設計讓記憶體尺寸變得更小，因此進行 3D 堆疊也能更緊密，同時消除電容造成讀寫速度慢、耗能高的缺點。

此外，氧化銦鎵鋅是一種寬能隙半導體材料，使用這種新材料製作電晶體可降低儲存訊號隨時間而流失的機率，從而延長記憶體資料保存時間。

相較於傳統 DRAM，新型 3D DRAM 保存時間可延長數千～數萬倍，大幅降低能耗，是應用在 AI 人工智慧晶片的 HBM 記憶體首選。