美光 G11 NAND 堆叠超 400 层:密度翻倍、I/O 提速 1.5 倍

一句话结论:美光在 10 月 21 日的投资者技术网络研讨会上把下一代存储四条线同时摊开,G11 NAND 堆叠超过 400 层、位密度约为 G9 的两倍、I/O 提速 1.5 倍,DDR6 带宽目标翻倍并规划 1TB 单条 RDIMM,同时首次提出把内存直接叠到计算芯片上方的 vHBM 与 vEIM,两项核心工艺的量产窗口都指向 2027 年下半年。

这场发布没有一颗现货芯片,也没有一份送样报告,全部内容是一张要到 2027 至 2028 年才能兑现的时间表。可它值得被逐条拆开看:AI 数据中心正在把瓶颈从算力挪到内存与存储的搬运效率上,而美光这次给出的四条产品线,几乎每一项都在回答同一个问题,数据怎么更靠近计算单元。

一场研讨会,四条产品线同时改写

美光此次对外展示的路线图覆盖 DRAM、LPDDR、HBM、NAND 四个方向。摆在台面上的具体指标有这些:

产品线 官方目标 时间窗口
G11 NAND 堆叠超过 400 层,位密度约为 G9 的 2 倍,I/O 速度提升至多 1.5 倍,每比特数据传输能耗降低 25% 以上 2027 年下半年量产爬坡
DDR6 带宽达到 DDR5 的两倍以上,规划单条容量 1TB 的 RDIMM 2027 年面向服务器与数据中心优先面市
LPDDR6 能效较 LPDDR5 提升 35% 以上,部分密度配置提升幅度更大 与 DDR6 同基于 1δ 节点
vHBM 内存直接堆叠于计算裸片上方,主打每瓦带宽与每瓦 token 数 首代 2028 年推出,2030 年演进至 vHBM3
vEIM 垂直边缘推理内存,初代目标每模块 2TB/s 带宽、低于 1pj/bit 能效 与 vHBM 同属垂直架构路线

其中分量最重的是 G11 NAND。美光在 G7、G9 连续领先三个节点之后跳过了 G10 代际直接推出 G11,这是 NAND 行业几十年来少见的跨代发布。

G11 NAND:跳过一代的算盘与 400 层赌注

跳过 G10 的理由写在参数表里:G11 相对 G9 的目标是位密度翻倍,I/O 速度提升至多 1.5 倍,每次数据传输的能耗改善超过 25%。三项一起压在一颗芯片上,靠的是制造环节的三处变化。

第一处是晶圆对晶圆键合。这是美光在 NAND 制造流程里首次引入这项工艺,此前 G9 时代依靠传统方式堆叠,随着层数逼近 400,刻蚀孔径与对准公差已经逼近工艺极限,键合被提到台面上是绕不开的工程选择。第二处是单元间距,G11 号称拥有行业领先的单元间距,纸面上的密度收益主要来自这里。第三处是后续材料路线,美光计划在 G11 之后引入高迁移率材料与超密集单元架构继续微缩。

代价写在良率表里。400 层以上的刻蚀与键合工序复杂度陡增,早期良率和成本通常都不会好看。美光给出的量产时间是 2027 年下半年,并计划在 2027 年公布更多细节。这些数字都是路线图阶段的目标值,并非送测样品的实测结果,最终规格仍要等客户平台验证。

G11 还引入了一类此前 NAND 产品线里没有的形态,AI 级 NAND,共两种设计。第一种是基于高速 SLC 的高 IOPS 方案,官方给出的区间是 2500 万至 1 亿 IOPS,面向 GPU 在向量搜索与上下文检索中提取海量小块数据的场景。第二种用 TSV 把 NAND 裸片堆叠在逻辑芯片上,把模型权重、长上下文与 KV 缓存放到离加速器更近的位置。美光明确提到,模型权重并不需要紧贴 GPU 摆放,放在那里收益有限,真正有价值的是让数据进入计算路径的物理距离缩短。这类产品的成本偏高,美光正与客户共同开发第二款,落地节奏取决于终端市场的性能与成本权衡。

DRAM:1δ 节点,以及放弃 4F² 的理由

DRAM 这条线上,美光做出了一个明确到可以直接对上竞品日程的决定:下一代节点继续沿用 6F² 平面架构,不转 4F²。

美光表示,针对 4F 的研究已经持续约 20 年,最终放弃的原因有三层。工艺上,4F 需要更密集的沉积与刻蚀,良率出问题的概率明显上升。可制造性上,4F 对套刻、对准等工艺公差要求更严苛。电学上,4F 架构容易引发浮体效应,电荷被困在晶体管沟道内,导致性能下降与漏电。美光还反驳了 4F 在密度上领先的普遍观点,给出的依据是 DRAM 的比特密度最终由电容节距决定,而非底层互连节距。

支撑下一代产品的是 1δ 节点。官方口径称 1δ 相对 1γ 提供约 20% 的中段位密度提升,采用高介电常数金属栅极互补金属氧化物半导体工艺,并实现埃级工艺控制,2027 年下半年进入量产爬坡。同时美光启动 3D DRAM 开发,首个产品计划在首批高数值孔径 EUV 产品推出后不久面世。与之配套的节点序列也已排好,第 8 代 1ε 引入晶圆键合技术,第 1 代亚 10nm 级 ζÅ 处于早期开发并导入 High NA EUV,第 2 代 ηÅ 正在寻路。1δ 的产出将广泛用于 HBM5、vHBM、vEIM、LPDDR 与 DDR 产品。

vHBM 与 vEIM:把内存搬到计算芯片正上方

这次路线图里最具备结构性想象力的是垂直 HBM。传统 HBM 把多层内存横向堆叠在计算裸片旁边,vHBM 的做法是把内存直接堆叠在计算裸片上方,让内存到计算的物理路径尽可能短。美光给出的收益口径是更高的每瓦带宽与更高的每瓦 token 数。

支撑手段包括混合铜键合、热感知设计、系统级协同优化,以及 16 层凸点与混合堆叠等新封装方式,热管理上在物理层 PHY 正上方加装散热片,并增加互连数量、缩小 TSV 与凸点尺寸。

vEIM 用的是类似结构,目标换成低功耗边缘推理,初代即指向每模块 2TB/s 带宽与低于 1pj/bit 的能效。vHBM 与标准 HBM5 在时间轴上刻意错开,首代 vHBM 排在 2028 年,与标准 HBM5 面世同年,美光并未打算抢在标准产品之前落地。

美光同时把 HBM 拆成三条并行路线。标准架构遵循 JEDEC 规范。定制架构把内存 IP 与逻辑 IP 集成进基础裸片,允许加入计算逻辑与核心存储逻辑,未来标准与定制 HBM 的基础裸片都会采用代工节点,HBM4E 因速度、功耗与功能要求更高会需要更先进的 CMOS 工艺。HBM4 已进入大规模量产,HBM4E 今年向关键客户送样,HBM5、HBM5E、HBM6 均在规划中。

一个容易被忽略的代价写在这三条线背后:随着 HBM、vHBM 与 vEIM 推进,相比标准 DRAM 产出,这些产品消耗更多晶圆,晶圆与比特的换算比会持续承压。存储行业刚经历一轮漫长涨价周期,新节点能否按期爬坡,直接关系 2028 年之后的供需走向。

AI 造芯片:美光给自己算的一笔账

路线图之外,美光公布了 AI 介入自身研发流程后的效率数字。据披露,在最新的数据中心 SSD 控制器上,AI 辅助的芯片设计与验证把流片时间较上一代缩短了一半;AI 生成的固件、根本原因分析与智能测试选择,把数据中心 SSD 走到客户就绪硅片的路径缩短了 60%。目标是把从创新到大规模量产的路径提速 2 倍。

研发投入也给出了时间跨度:3 至 10 年内向 Micron Ventures 投入 5.5 亿美元,5 至 10 年内与 Albany NanoTech 及 NY CREATES 合作开发面向 DRAM 的高数值孔径 EUV 与光刻路线图,今年夏季度宣布的则是着眼 10 年以上周期的 100 亿美元美光研究实验室。客户侧,美光正为 Meta 定制用于数据中心部署的 LPDDR6,并与 Meta 联合发布过面向数据中心的 LPDDR6 优化白皮书。

还有一个行业层面的判断来自美光管理层:公司预计未来两年内存供给不会趋于平衡。存储配置会随训练、推理、边缘与机架级部署而变化,但底层原则一致,内存容量与带宽越高,系统性能越好。

竞品对照:三条路线押注三个方向

把美光的表态放到行业坐标里,架构分歧比数字本身更能说明问题。

厂商 DRAM 架构 时间点 公开信号
美光 坚持 6F² 平面架构,不采用 4F²,并行开发 3D DRAM 6F² 预计延续至 2030 年 1δ 节点 2027 年下半年量产爬坡,G11 NAND 同窗口
长鑫 4F² 架构 DDR5 预计年底推出 首发面向服务器与数据中心
三星 4F² 架构,配套其首个 10nm 以下工艺 2028 年投产 与美光在架构选择上正面分岔
SK 海力士 另辟存内计算路线 已发布 3D FeNAND 铁电存内计算方案 吞吐提升 10 至 20 倍,指向推理侧能效

竞品动向可以延伸阅读 SK 海力士在存储墙上给出的另一条解法,它用铁电存内计算绕开搬运开销。与之相比,SK 海力士此前对 2030 年 AI 基础设施性能规模的判断也为存储需求提供了一个量化口径。

存储墙在推理侧的具体形态,也能从模型侧的算账中看到。DeepSeek V4.1 Flash 把 KV 缓存体积压到极小水平,靠的正是让内存占用与计算效率脱钩,这类模型侧优化会反过来改变存储侧的容量规划。

落地时间表与三个不确定项

把整张路线图压缩成时间线,大致是这样:2027 年下半年是双核心节点,1δ DRAM 与 G11 NAND 同时进入量产爬坡,首批 DDR6 面向服务器与数据中心面市,LPDDR6 同期跟进。2028 年是垂直架构元年,首代 vHBM 推出,标准 HBM5 面世,vEIM 面向边缘推理。2030 年 vHBM 演进至 vHBM3。

三个不确定项需要单独标注。第一,所有带宽与能效数字均为路线图阶段目标值,并非实测结果,DDR6 的具体规范与消费级上市时间均未公布。第二,DDR6 能否落地还取决于 CPU 与平台厂商的内存控制器支持,短期内 DDR5 仍是整机与服务器采购的主流。第三,NAND 层数提升会先体现在企业级 SSD 的容量密度上,再逐步传导到消费级产品。另一个约束来自产能,美光已是首家量产 PCIe Gen6 SSD 并出货 245TB 硬盘的厂商,先进节点带来的更低单比特成本能否支撑高容量硬盘进一步增长,要看客户验证与晶圆供给。

常见疑问

G11 NAND 和上一代 G9 差在哪? 官方给出的三项是位密度约 2 倍、I/O 速度至多 1.5 倍、每比特数据传输能耗降低 25% 以上,堆叠层数超过 400 层并首次引入晶圆对晶圆键合。三项指标都是目标值,量产窗口在 2027 年下半年。

vHBM 与标准 HBM 有什么区别? 标准 HBM 把内存横向堆叠在计算裸片旁边,vHBM 把内存直接叠到计算裸片上方,缩短内存到计算的物理路径,主打每瓦带宽与每瓦 token 数。vEIM 采用类似结构但针对低功耗边缘推理,首代目标每模块 2TB/s 带宽、低于 1pj/bit 能效。

美光为什么不用 4F² DRAM? 官方给出的理由是工艺复杂度、良率风险、浮体效应三项,并认为 DRAM 比特密度最终由电容节距而非互连节距决定。其 4F 研究已持续约 20 年,最终基于收益有限而放弃,改用 6F² 平面架构延续至 2030 年并并行开发 3D DRAM。

小结

这次路线图的分量在于取舍的明确性。G11 跨代、放弃 4F²、放弃标准 vHBM 抢先落地,三处均为明确表述,没有留出模糊空间。方向也一致:把数据放到离计算单元更近的地方去。

剩下的是时间。2027 年下半年的双节点量产爬坡是第一个检验点,1δ 与 G11 的良率曲线会决定美光这套时间表是否可信,而 2028 年的 vHBM 首代则是垂直架构能否在散热与成本上站住脚的分水岭。