长鑫存储4F² DRAM架构研发近期取得关键进展。

该公司总裁曹堪宇博士在第四届集成芯片和芯粒大会上发表演讲，全面介绍了长鑫存储在DRAM器件、4F²架构及混合键合等方向的技术探索与积累，并官宣预计年底将推出融合了上述先进技术的新一代DDR5 RDIMM产品。

据曹堪宇博士介绍，长鑫自成立以来就启动了4F²的研究和专利布局，公开专利族超300件，数量领先海内外厂商。长鑫在2021年发布了大陆首篇4F²架构相关的论文，并在2023年、2025年的两篇论文中分享了在该架构上的研发进展。

VSG晶体管：提升存储密度与稳定性的底层创新

在演讲中，曹堪宇博士详细介绍了DRAM的技术发展演进，剖析了6F²和4F²架构的工艺挑战。他表示，长鑫的4F²架构，最核心的特色是在DRAM存储阵列晶体管上的创新，即自研的VSG（Vertical Surrounding Gate）晶体管。VSG晶体管采用了垂直包围沟道结构，能实现更强栅控，解决漏电与短沟道效应痛点，同时竖立的晶体管也助力面积微缩，提升存储密度。

短沟道效应是传统水平结构晶体管随制程微缩必然出现的问题，会导致器件阈值电压漂移、性能不稳定；而漏电问题对DRAM的影响则更为核心：DRAM的存储单元依靠电容存储的电荷多少来区分逻辑“1”和“0”，电容能否留住电荷直接决定了DRAM能不能正常工作。如果漏电过高，电容的电荷会快速流失，还没到定期刷新的时间点，电荷就已经少到无法被正确识别，会直接出现数据错误，甚至引发系统崩溃。为了缓解漏电，行业常规做法是提高数据刷新频率，频繁给电容补充电荷，但刷新操作本身会额外消耗功耗，还会挤占内存读写带宽，拖慢响应速度，反而拉低了内存的整体性能功耗比。

目前DRAM行业内主流的架构是6F²架构。6F² 是衡量 DRAM存储单元面积的一个核心指标。在DRAM芯片设计中，一个存储单元通常由一个晶体管（1T）和一个电容器（1C）组成。F（最小特征尺寸）代表晶圆制造工艺中光刻技术能实现的最小线宽或间距。4F² 意味着每个单元仅占 4 倍最小特征尺寸的平方，因此单位面积内的晶体管数量会增多，实现了存储密度的提升。

（图片来源：网络）

从 6F² 到 4F² 的跨越，本质上是晶体管沟道方向从水平布局向竖立布局的根本性变革。这意味着6F²时代的设计和工艺流程无法完全复用，需要整合新一套的工艺流程。据悉，研发过程中，长鑫存储对多项核心工艺流程展开了深度技术探索与突破，全面优化涵盖字线金属化、位线成型以及结激活等关键工艺，以实现最优的性能与功耗比。

晶圆级封装：解放DRAM与CMOS的性能潜力

垂直晶体管的研究从1980年代就已出现。但早期4F²还是聚焦2D维度晶体管变革，存储阵列区域与外围逻辑电路区域的制造工艺绑定在同一套光刻和掺杂条件中，高频信号路径上的位线晶体管（CBL晶体管）因为被迫与存储阵列共享相同的工艺，导致其响应速度迟缓、寄生电阻偏高。由于工艺难度大，性能又无法超过6F²架构的产品，业内针对该方向的技术探索一度搁浅。

随着6F²架构的微缩难度越来越大，4F²架构再度成为业内积极探索的方向。最大的变化就是在于将DRAM与CMOS的工艺解耦，再通过晶圆级混合键合的方式实现高速互联。这是DRAM技术从二维缩放迈向三维集成的一个关键转折点。它破除了传统一体化制造中长期存在的工艺瓶颈，允许独立地优化逻辑性能和存储单元的密度与可靠性。

据悉，长鑫自2019年开始推进混合键合相关技术的独立自主研发，目前已公开的专利数量已经是全球前十水平。2025年长鑫在IEDM发表论文，介绍了多层水平单元堆叠DRAM架构研发成果，这是长鑫首次在12英寸晶圆平台上完成DRAM和CMOS晶圆级键合的实验验证。

产品落地：DDR5 RDIMM的技术挑战

此次演讲未提及长鑫即将推出的DDR5 RDIMM的规格信息和发布时间。然而，DDR5 RDIMM作为服务器市场的主流配置，其应用环境对产品的性能指标、运行稳定性及兼容性提出了极高要求。长鑫将4F²架构的首代产品定为DDR5 RDIMM，将直面服务器内存领域极高的技术与工程壁垒。

与消费级低功耗内存产品不同，DDR5 RDIMM的技术难度在于，它面对的是一套完全不同的“生存法则”：必须支持服务器7×24小时不间断运行，能经受带电热插拔的电压冲击；必须与不同厂商、不同代际的CPU和主板完成数百项严苛的兼容性测试；更要高速传输时，确保信号在较长的模组走线上不衰减、不误码。可以说，消费级内存追求的是“跑得快”，而服务器级RDIMM追求的则是“一直跑、不出错、在哪里都能跑”。每一项要求，都是对技术能力的极限考验。

随着长鑫存储长期的技术沉淀逐步转化为实际落地的产品，其在器件与基础架构上的前瞻性布局正愈发清晰。目前，长鑫在核心架构上已具备与海外友商同台竞技的实力。更重要的是，新架构也将带来从设计、工艺、设备、材料等多个环节的协同创新，带动国产存储产业链变革。新的集成方式，不仅服务于当下，更为未来衍生出更多前沿存储产品提供了广阔的创新空间。