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PC主記憶體邁向DDR2世代
 

【作者: 彭茂榮】   2005年01月01日 星期六

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工欲善其事,必先利其器。無論在工作上或在生活上,現代科技人都期望能更有效率地達成目標,因此速度更快的個人電腦(PC)已是人人必備的電子設備之一。隨著PC的高速化趨勢,其內部核心元件需要不斷往更高速度邁進,其中微處理器(CPU)的時脈目前可達到3.8GHz以上。而前端匯流排(Front Side Bus;FSB)代表CPU外部頻率,即CPU到北橋晶片間的傳輸速度,從以往400MHz、533MHz、667MHz、800MHz,提升為1066MHz以上。


對於PC的主記憶體而言,高速化也為未來的重要發展趨勢之一。PC採用動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory;DRAM)為其主記憶體,從以往的低速架構,如EDO(Extend Data Out) DRAM及FPM(Fast Page Mode) DRAM,發展至SDRAM(Synchronous DRAM)、及目前400MHz的DDR(Double Data Rate),但DDR已逐漸無法滿足未來PC的高速需求。


而DDR2擁有比DDR更高的效能、速度及低耗電等特性,並有效提升周邊介面及裝置整體操作效能,例如顯示卡、WiFi 模組卡及SATA硬碟設備等。DDR2以400MHz起跳,包括533MHz、667MHz,並達到800MHz以上,如(圖一),可因應FSB高速傳輸的需求,因此DDR2勢必成為PC下世代記憶體規格的主流。


《圖一 DRAM頻?(Bandwidth)演進表 》
《圖一 DRAM頻?(Bandwidth)演進表 》

<@資料來源:資料來源:三星電子(Samsung),2004/11>


DDR2與DDR之比較

目前DRAM架構進入世代交替,DDR2將逐步取代DDR,根據電子元件評議會(JEDEC)規定,DDR2與DDR在規格上有許多的不同,包括封裝型態、資料傳輸速率、操作電壓、容量、內部區塊、預取功能、讀取和寫入延遲、OCD及Termination等,如(表一)。此外DDR2的特性還包括:


  • ˙DDR2採用先進的FBGA(Fine-Pitch Ball Grid Array)封裝,提供更佳的散熱性能和電性效能。


  • ˙DDR2目前可支援高達533MHz的速率,每秒最大的頻寬可達8.5GB(雙通道模式下),未來可提升為800MHz以上的速率,及12.8GB/s以上的頻?。


  • ˙DDR2最高可達單顆4 Gb的容量,搭配FBGA封裝使體積比傳統TSOP封裝的DDR縮小50%,讓記憶體模組的容量極限能更往上推升。


  • ˙DDR2採用1.8伏特工作電壓,可節省耗電量。


  • ˙DDR2使用ODT(On-Die Termination)技術,可降低高速運作下記憶體信號的回授,進而提高記憶體時脈的極限值。


  • ˙綜合上述,DDR2的優點主要包括:更高傳輸速率、更低功率消耗與更高效能等。



《表一 DDR與DDR2之特性比較表》
《表一 DDR與DDR2之特性比較表》

<@資料來源:資料來源:三星電子(Samsung),2004/11>


在DRAM模組方面,由於DDR2不論在pin腳數、pin腳定義、工作電壓、晶片結構上均相異於DDR,因此DDR2模組並無法向下相容於現有使用DDR模組的主機板。雖然DDR2模組與相對應的DDR模組有近似的外觀,但pin腳結構不同,所以DDR2模組只適用於支援DDR2的系統和主機板。參考(表二)


《表二 DDR與DDR2模組比較表》
《表二 DDR與DDR2模組比較表》

<@資料來源:資料來源:三星電子(Samsung),2004/11>


DDR2的應用情形

在看DDR2的應用之前,先來看看整體DRAM的應用分佈,主要可分為三大類,第一類是資訊應用類,佔80%(Megabytes比重):如超級電腦、工作站、伺服器、桌上型(Desktop)電腦、筆記型(Notebook)電腦和DRAM模組等;第二類是通訊應用類,佔4%:如手機、答錄機、傳真機、路由器等;第三類是消費性應用類,佔8%:如遊戲機(Video Game Console)、視訊轉換器(Set-Top Box)、印表機(包含雷射印表機)及DVD播放器等,如(表三)。


其中PC及升級模組是屬於資應用類別,2004年就佔整體DRAM應用比重50%以上,其中桌上型電腦佔35%、筆記型電腦佔12%、升級模組佔6%。2004年PC應用是以DDR架構為主,但2005年之後PC乃是DDR2的最大市場,也就是說,DDR2會逐漸取代DDR在PC主記憶體中的地位。在DDR2成為PC的主記憶體架構主流之前,因DDR2具有比DDR高的性能,會先被工作站、伺服器等高階電腦所採用,未來才會隨著DDR2的價格下降,逐漸切入PC領域。


《表三 DRAM應用比重表(Megabytes)》
《表三 DRAM應用比重表(Megabytes)》

<@資料來源:資料來源:Dataquest,2004/11>


全球DRAM大廠之DDR2佈局情形

目前國外DDR2廠商主要包括三星(Samsung)、美光(Micron)、海力士(Hynix)、英飛凌(Infineon)及爾必達(Elpida)等。在國內的部分,主要包括南亞(Nanya)、力晶(Powerchip)、茂德(ProMOS)等。以下就來介紹國內外DDR2廠商之佈局情形。


三星(Samsung)

三星是全球DRAM龍頭廠商,2003年產值佔全球29%,因此三星DDR與DDR2的產能調配動作將攸關整體DRAM價格及獲利表現。2004年三星將部分產能轉至DDR2,率先打入電腦OEM市場,維持領導優勢。2004年第四季,三星的DDR2 Megabytes產出比重佔25%,月產能約2600萬顆DDR2;預估2005年第四季可佔50%,月產能約600萬顆DDR2。在容量方面,三星已導入256Mb、512Mb及1Gb DDR2的量產,而2Gb DDR2在2005年第二季之後會有小量生產,實為全球DRAM的超級領導廠商。


美光(Micron)

美光是2003年全球第二大DRAM廠商,市佔率為19%。2004年第四季,美光的DDR2 Megabytes產出比重佔14%,月產能約800萬顆DDR2;預估2005年第四季可佔52%,月產能約3400萬顆DDR2。在容量方面,美光已導入256Mb及512Mb DDR2的量產,1Gb的DDR2產品在2005年第一季才會有穩定的產出量,而2Gb DDR2在2005年第三季之後會小量產出。


英飛凌(Infineon)

英飛凌是2003年全球第三大DRAM廠商,市佔率為15.4%。2004年第四季,英飛凌的DDR2 Megabytes產出比重佔15%,月產能約1000萬顆DDR2;預估2005年第四季可佔51%,月產能約4300萬顆DDR2。在容量方面,英飛凌已導入256Mb及512Mb DDR2的量產,1Gb的DDR2產品在2004年第四季小量生產。


海力士(Hynix)

海力士是2003年全球第四大DRAM廠商,市佔率為14.8%。2004年第四季,海力士的DDR2 Megabytes產出比重佔11%,月產能約700萬顆DDR2;預估2005年第四季可佔58%,月產能約3100萬顆DDR2。在容量方面,海力士已導入256Mb及512Mb DDR2的量產,1Gb的DDR2產品在2004年第四季小量生產。


爾必達(Elpida)

爾必達是2003年全球第六大DRAM廠商,市佔率為4.5%。2004年第四季,爾必達的DDR2 Megabytes產出比重佔8%,月產能約200萬顆DDR2;預估2005年第四季可佔20%,月產能約800萬顆DDR2。在容量方面,爾必達已導入256Mb及512Mb DDR2的量產,1Gb的DDR2產品在2004年第四季小量生產,而2Gb的DDR2產品在2005年第三季小量生產。


國內廠商

國內主要DDR2廠商包括南亞、力晶及茂德。台灣廠商在DDR2開發上仍落後全球DRAM大廠,南亞是首家通過Intel認證的台灣DRAM廠,力晶和茂德目前也已準備好量產DDR2能量。


南亞已開始對客戶送樣認證中,目前8吋廠產能有20%左右為DDR2。南亞與英飛凌合資的華亞12吋廠月產能已達2.4萬片,其中一半產能屬於南亞,全部以DDR2產品為主。2005第一季,南亞DDR2佔總產能(Megabytes)目標為60%以上,第4季目標為75%以上。


力晶以0.1微米製程為主,2004年第4季開始小量生產DDR2產品,容量以512Mb為主。2005第一季,力晶DDR2佔總產能(Megabytes)目標為20%以上,第4季目標為60%以上。力晶與爾必達有良好策略聯盟關係,並為爾必達代工512Mb DDR2產品。


茂德目前採用0.14與0.12微米製程技術,生產256Mb DDR產品,2004年底將製程技術升級至0.11微米技術,開始生產256Mb及512Mb DDR2產品。2005第一季,茂德DDR2佔總產能(Megabytes)目標為15%以上,第4季目標為65%以上。2005年底,預計以90奈米技術小量生產512Mb及1G DDR2產品。


整體而言,預估全球2004年DDR2的供給量為3.6億顆,至2005年為20億顆。


DDR2之機會與挑戰

目前國內外DRAM廠商均已進行DDR2的量產佈局。但就整體產業上下游而言,DDR2所面臨的挑戰主要有以下四點:


  • (1)因DDR2低電壓設計,須以12吋廠0.11微米製程生產,微影設備需求248奈米更換為193奈米。


  • -目前主流DRAM製程技術大部分已從0.13微米轉換至0.11微米,而轉換初期的問題已大至獲得解決,使得良率從20%逐漸提升至70%以上。


  • (2)因DDR2的資料傳輸速度高,需要新的高速測試機台。


  • -在測試方面,由於DDR2為極高頻之記憶體,傳統DRAM測試機台如愛德萬(Advantest)5581/5585等測試設備已無法全部勝任,必須使用更高速的愛德萬5592/5593測試機台。但5593測試機台的價格動輒新台幣2億元之譜,龐大的測試設備投資金額,亦使得一般測試廠裹足不前,形成技術及資金雙重門檻。


  • (3)因DDR2的封裝型式為CSP(FBGA),與以往的TSOP不同,因此需要新的封裝機台。


  • -DDR2封裝測試的跨入門檻相當高。其中在封裝技術方面,有別於傳統DRAM的TSOP封裝,DDR2需採用FBGA(fine pitch BGA)型式的封裝,且封裝所使用之基板為中間開孔之Window Type基板,其製程技術及專利權問題均令傳統TSOP封裝之廠家不易跨入,必須付出極高之技術權利金才能跨入此門檻。


  • (4)目前DDR2價格仍相當高,因此對市場的開拓有所防礙。


  • -因DDR2價格高出DDR許多,因此初期以伺服器、工作站及高階電腦產品應用為主。


  • -DDR2 因為後段封測成本過高,且良率相對於DDR低,導致DDR2產品終端價格比DDR高出許多,每顆DDR2之總製造成本將高出DDR約30%。


  • -目前DDR價格仍算不錯,使DRAM製造商仍可獲利,降低其積極轉入DDR2之意願。



《圖二 DRAM架構比重表(Megabytes)》
《圖二 DRAM架構比重表(Megabytes)》

<@資料來源:資料來源:Dataquest,2004/11>


雖然DDR2因規格與DDR不同而帶來許多的挑戰,但DDR2也有許多助力,主要包括以下三點:


  • (1)Intel 等大廠大力支持,推支援DDR2的相關CPU與晶片組。


  • (2)目前支援DDR2的產業上下游,包括DRAM製造、封裝、測試及模組技術都不是太大的問題。


  • (3)PC OEM及主機板廠商在DDR2市場仍不明朗的初期,將以共同支援DDR與DDR2方案來解決。



因此綜觀來看,DDR2雖然有挑戰,但也具備相當的助力,因此DDR2取代DDR成為主流只是時間點的問題。目前DDR2與DDR之間的價格溢價由50%左右開始縮小,加上製程轉換至0.11微米的問題已大至獲得解決,以及良率逐漸提升,預期產業上中下游各家業者對DDR2的推動態度會從保守趨於樂觀,包括PC OEM廠商、主機板業者、DRAM模組及相關晶片廠商等。


由以上分析可知,DDR2要能量產,需要0.11微米製程技術的成熟,因此對於DRAM製造廠商而言,能量產DDR2最重要的三個觀察點為:


  • ˙11微米製程技術進度及良率。


  • ˙12吋廠的產能進度。


  • ˙是否能通過國際大廠的品質認證。



目前國外DRAM廠商中,以三星量產DDR2產品的進度最快,因其0.11微米製程的進度和良率及12吋廠進度都是全球第一。


國內DRAM業者仍是以量產256Mb DDR產品為主力,產能比重約在七成左右,而DDR2的進度則以南亞最為積極,力晶及茂德則已預備好可量產的能量。在0.11微米的部分,目前國內主要DRAM廠商良率均可突破60%以上,未來將逐季提升。


在12吋廠產能的部分,力晶在2004年第四季的月產能可達4萬片以上,而茂德可達2萬片以上,在南亞的部分,其12吋廠華亞半導體2004年第四季月產能快速提升到2.4萬片。綜合上述,我國在DDR2的產品進度上,算是國外大廠的積極跟隨者,且未來具有大量生產DDR2的潛力。


最後來看全球DDR2各季佔整體DRAM Megabytes之比重變化。2003年,已有少數國外DRAM大廠少量生產DDR2,例如三星,因此至2003年第四季,全球DDR2比重約為2%。而2004年全球大部分DRAM廠商均開始投入DDR2生產,但受到後段封測產能投資不足,加上DDR2製造成本仍較DDR高,2004年DDR2生產比重仍不高,預估至2004年第四季,DDR2比重為16.5%。不過在國際大廠的支援之下,預估2005年第一季起DDR2全球產出比重將逐步提升,2005年第四季比重將超過50%,可望取代DDR成為主流規格,如(圖二)。預估DDR2在2006年底時可佔75%以上,而DDR3開始導入市場。(作者為工研院經資中心IEK產業分析師)


延 伸 閱 讀

電腦工業即將面臨巨大的變革 --- PCI Express 第三代匯流排成 ? 潮流, DDR2 被大規模推廣, 64bit 處理器終於被各處理器生 ? 廠家所重視,這些技術將決定未來數年內 PC 的功能與性能。相關介紹請見「DDR2與64位元處理器不可告人的秘密」一文。

在這一篇評析中,我們將探討記憶體和 CPU 之間的配合、記憶體的運作方式,以及 DDR 、 DDR400 和 DDRII 等術語背後的概念。你可在「記憶體大戰:重返JEDEC」一文中得到進一步的介紹。

被視為是目前 DDR 記憶體標準革命性替代品, DDR2 打破了 DDR 的頻率限制,具有高頻寬可用性、容納更多晶片陣列及更低秏電量的特色。在「DDR2技術揭密」一文為你做了相關的評析。

最新消息

DRAM 顆粒晶圓廠表示,原本對於 DDRII 架構抱持相當高的期待,但根據 DRAM 廠目前對於自家 DDRII 庫存狀態來看,恐會讓市場分析師跌破眼鏡。相關介紹請見「DDRII記憶體庫存量逾5周 降價恐怕難免 」一文。

為因應 DDRII 規格記憶體即將成為市場主流, DRAM 廠為搶攻市場佔有率,紛紛計畫推出新產品,且因 DDRII 封裝與測試製程皆與上一世代不同,各家 DRAM 廠也與後段封測廠進行技術合作,包括南亞科與裕沛、茂德與南茂、力晶與力成。你可在「佈局DDRII市場 DRAM業者與封測廠合作密切」一文中得到進一步的介紹。

英飛凌( Infineon )推出使用在 Sub-Notebook 的 DDR-Micro-DIMM 模組( Dual In-line 記憶體模組),此款符合 JEDEC 規範的 Micro-DIMM 只有使用在一般筆記型電腦相同容量的 SO-DIMM ( Small Outline DIMM )的 65 %之大小。 在「英飛凌推出DDR2記憶體模組」一文為你做了相關的評析。

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