DRAMも“積む”時代へ。微細化の限界と3D DRAM

メモリの基礎と勢力図は「AIが買い占めたのはGPUだけじゃなかった。メモリが世界で奪い合いになっている」で扱いました。ここでは、そのDRAMがこれから直面する「微細化の限界」と、その先にある3D DRAMに絞って解説します。

3D DRAMとは何か

3D DRAMとは、これまで平面（横方向）に敷き詰めてきたDRAMのメモリセルを、縦方向に積み上げて集積度を高める次世代のDRAM構造です。

考え方そのものは新しくありません。記憶を担うもう一方の主役であるNANDフラッシュは、平面微細化の限界を迎えたあと、セルを縦に積む3D NANDへ移行し、いまや数百層を積み上げて容量を伸ばしています。その「平面で無理なら縦に積む」という発想を、ようやくDRAMにも持ち込もうというのが3D DRAMです。

なぜDRAMは微細化の限界にぶつかったのか

DRAMの1つのセルは、スイッチ役のトランジスタと、電荷（電気）を溜めるキャパシタ（コンデンサ）の組み合わせでできています。電荷が「ある／ない」を1と0に対応させて記憶する仕組みです。

問題はキャパシタにあります。セル全体を小さくしても、キャパシタはデータを保つために一定量の電荷を溜め続けなければなりません。そのため各社は、細く深い穴のような形でキャパシタを縦に伸ばし、面積を取らずに容量を稼いできました。しかし10nm級まで微細化が進むと、この細長いキャパシタを安定して作るのが難しくなり、平面のまま縮め続けるのが物理的に限界に近づきました。ウェハー1枚から良品をどれだけ取れるかという歩留まりも、微細化が進むほど確保しにくくなります。

3D NANDと3D DRAMは何が違うのか

「NANDが積めたのだから、DRAMもすぐ積めるのでは」と思えますが、両者は難しさが違います。

NANDは電源を切ってもデータが残る不揮発メモリで、各セルはシンプルな構造です。だからこそ早くから数百層の積層が実現しました。一方DRAMは電源を切ると消える揮発メモリで、各セルがキャパシタを抱えています。このキャパシタを縦に積み重ねつつ、漏れ電流を抑えて高速動作させるのは技術的な難度が高く、3D DRAMがいまだ研究開発・立ち上げ段階にとどまる理由になっています。

3D NANDの仕組みや積層数の競争は「メモリ・DRAM・NANDの基礎」でくわしく扱っています。

だれが3D DRAMを開発しているのか

DRAMは、Samsung・SK hynix・Micronの3社で世界シェアの約9割を占める寡占市場です（TrendForce）。

この3社がいずれも3D DRAMの研究開発を進めており、2030年前後の量産を見込むとされます（報道ベース・要確認）。平面微細化の鈍化という共通の壁に直面し、次の成長軸として3D DRAMに向かっている構図です。

投資・産業の観点では何が重要か

3D DRAMが注目されるのは、AIが「メモリの奪い合い」を引き起こしているからです。大規模なAIの推論では、計算そのものより、データをどれだけ速く・大量にメモリに置けるかが性能の頭打ち要因になります。しかも、GPUの隣に積むHBM（広帯域メモリ）も中身はDRAMであり、DRAMの容量・帯域を伸ばす技術は、AIインフラ全体の競争力に直結します（Global X ETFs）。

平面微細化の限界を3Dで越えられるかは、メモリ大手3社の次の数年の優劣を分ける論点です。AIメモリの性能がGPUより先に効く構図は「AIの性能を決めていたのは、GPUより「メモリ」だった」で、DRAM以外の次世代メモリの動きは「電源を切っても消えず、DRAMより速い。次のメモリ争い」で扱っています。なお本記事は投資助言ではありません。

この記事のまとめ

• 3D DRAMは、平面に並べてきたDRAMセルを縦に積み上げて集積度を高める次世代構造。
• DRAMセルはトランジスタ＋キャパシタででき、キャパシタの微細化が物理的な限界に近づいた。
• NANDはすでに3D NAND（数百層）で容量を伸ばしたが、DRAMはキャパシタを持つぶん3D化の難度が高い。
• Samsung・SK hynix・Micronの3社がいずれも開発中で、2030年前後の量産見込みとされる（要確認）。
• AIサーバーのメモリ需要急増を背景に、平面の限界を越える手段として3D DRAMの重要性が高まっている。