★ FEATURED ARTICLE 0 引言DRAM 是数字系统的核心基础器件数十年间始终沿着摩尔定律推进制程微缩与密度提升。当前全球 DRAM 量产主流为6F² 存储单元架构采用平面晶体管设计经过多年迭代已非常成熟。但随着制程进入 10nm 级节点平面结构的物理瓶颈逐步显现沟道长度缩短后栅控能力下降漏电流指数级上升继续微缩的成本与技术风险陡增。在此背景下4F² 垂直架构成为行业突破方向通过晶体管结构从水平向竖立的变革将存储单元面积压缩至 4 倍最小特征尺寸的平方理论存储密度提升约 50%。2026 年 10 月第四届集成芯片和芯粒大会上长鑫科技正式官宣 4F² 架构研发取得关键进展自研 VSG 垂直环绕栅极晶体管实现技术落地成为全球最早推进该架构商业化的厂商之一。1 传统 6F² DRAM 架构的技术瓶颈在 DRAM 领域FFeature Size代表光刻工艺所能实现的最小特征尺寸存储单元面积通常用 nF² 表示数值越小代表单位面积可容纳的存储单元越多、存储密度越高。6F² 架构采用平面晶体管设计晶体管沟道水平布置栅极在沟道上方控制电流通断。随着制程节点持续推进该架构的三大瓶颈逐步凸显短沟道效应沟道长度缩短后栅极对电流的控制能力下降阈值电压发生漂移器件稳定性下降直接影响数据读写的可靠性。漏电问题制程微缩后晶体管漏电流呈指数级上升。DRAM 依靠电容存储电荷表示数据漏电过快会导致电荷提前流失造成数据识别错误。行业常规解决方案是提高刷新频率但会额外增加功耗、挤占读写带宽反而拉低内存整体性能。密度提升停滞平面结构的单元面积缩小已接近物理极限继续微缩的成本与技术风险陡增单位容量成本的下降速度大幅放缓。2 4F² 架构核心技术原理与 VSG 晶体管4F² 架构的核心是将存储单元面积压缩至 4 倍最小特征尺寸的平方相比传统 6F² 架构存储阵列的理论密度提升约 50%。其本质是晶体管从水平布局向垂直竖立布局的根本性变革而非单纯的制程线宽缩小。2.1 VSG 垂直环绕栅极晶体管支撑 4F² 架构的底层器件创新是长鑫自研的VSGVertical Surrounded Gate垂直环绕栅极晶体管。与传统平面晶体管不同VSG 晶体管的硅沟道垂直竖立栅极从四周完整包裹沟道电流沿垂直方向流动。这种结构带来两个核心技术突破栅控能力显著增强栅极 360° 环绕沟道对电流的控制能力远强于平面单栅结构有效抑制短沟道效应与漏电问题无需靠频繁刷新补偿漏电同时降低了刷新功耗。单元面积大幅压缩晶体管竖立布置大幅减少了平面占用面积为存储单元密度提升腾出了空间是实现 4F² 单元面积的核心基础。从器件性能来看相关实验数据显示该结构晶体管的开关电流比超过 10⁸亚阈值摆幅达到 62.5mV兼具优异的导通与关断能力可满足 DRAM 存储单元的性能要求。2.2 工艺变革与专利布局从 6F² 到 4F² 不是对现有工艺的简单优化而是整套制造流程的重构。字线金属化、位线成型、结激活等关键工艺都需要重新开发原有产线无法直接复用技术门槛极高。公开信息显示长鑫自成立之初就启动了 4F² 架构的研发布局2021 年发布国内首篇相关学术论文持续投入技术攻关目前相关公开专利族已超 300 件专利储备数量处于海内外厂商前列为商业化落地奠定了基础。3 全球厂商 4F² 技术研发与商业化进度对比3.1 长鑫的商业化进展根据官方披露长鑫 4F² 架构已进入量产落地阶段首款产品为DDR5 RDIMM 服务器内存条预计 2026 年底正式推出。该产品还将融合晶圆级混合键合技术实现 DRAM 与 CMOS 接口的三维集成逻辑性能与存储密度可分别优化面向服务器高可靠场景设计。如果按期量产长鑫将成为全球最早实现 4F² 架构 DRAM 商业化的厂商之一。3.2 海外头部厂商布局对比三星、SK 海力士、美光三大巨头均已布局下一代 4F² 类架构技术但整体研发与量产节奏慢于市场此前预期SK 海力士 2025 年才公布相关技术路线图目前仍处于研发验证阶段量产时间表晚于长鑫的公开规划三星同步推进垂直架构技术但优先将资源投向 HBM3E、HBM4 等更高附加值产品4F² 通用 DRAM 的量产节奏相对克制。需要客观界定的是长鑫的领先集中在 4F² 通用 DRAM 的商业化进度上并非整体存储技术实力全面超越。三大厂商在 HBM、先进封装、全系列产品生态上仍有深厚积累尤其在高端 AI 存储赛道的技术优势依然显著。4 技术演进的行业意义4F² 架构的技术落地标志着 DRAM 产业从单纯依靠平面制程微缩正式转向垂直结构的密度提升路线为摩尔定律在存储领域的延续提供了新的技术路径。国内厂商在该节点的技术突破也将推动全球下一代 DRAM 技术的迭代节奏。同时垂直架构的普及也将带动存储制造工艺、设备、材料产业链的同步升级推动整个半导体存储生态的技术迭代。5 总结与展望4F² 架构的商业化突破是国产存储产业的重要技术里程碑标志着中国 DRAM 厂商从 “技术追赶者”开始进入下一代存储技术的 “并跑者” 行列。在传统平面架构逼近极限的节点垂直架构的技术落地为国产存储的后续技术发展打开了新的空间。同时也需要客观认识到量产良率、产能爬坡仍需验证年底量产后的长期稳定性、多厂商兼容性与交付能力才是真正的技术考验在 HBM、高端 2.5D 封装等更高附加值技术赛道国产厂商与头部厂商仍存在代差需要持续的技术投入。存储行业是长周期重资产赛道单点技术突破不足以改变整体技术格局但会持续推动行业的技术迭代与路线演进。Msize|鸣思泽科技
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