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存储器拥有感情? “记忆技术”的将来~探寻「记忆」的最前线~

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随着NAND闪存的诞生,人类建立起了能够轻松记录并携带信息的生活模式。在IoT发展的背景下,信息数据的流通量逐渐增加,存储装置的作用得到了进一步的扩大。
总有一天随着技术的进步,当个人的「五感」或是「感情」变得也能数据化的时候,记录的技术将会变成「记忆」的技术。我们询问了3位铠侠的技术人员,他们都站在扩大这一未来可能性研究开发的第一线。采访者是以VR为起点正在进行人机接口研究的东京大学研究生院信息理工系研究学科 准教授 鸣海拓志先生。

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记录媒体接近人类
会变成“记忆的技术”?

——首先我们向在存储器开发研究所进行下一代存储器技术基础开发的石丸一成先生进行了访谈。自1987年NAND闪存诞生以来已经度过了30多年,今后将会如何发展下去呢?

石丸:考虑到闪存将来的基础上,目前我们能确定的方向大致上有两个。一个是与往常一样,继续钻研如何增大容量。像是信息设备或通信技术,今后也将日新月异地发展下去吧。既然这样的话,那当然会需要能够记录更大量数据的闪存。

另外一个是,为了更加高效地运用被记录下来的大量数据,而让存储器“变聪明”这一方向的开发轴。比如说,闪存是和控制器这一类似于司令塔效果的零部件组合后使用的,通过使其功能提升,能够更加快速、稳定地记录数据。

随后,如果将存储器变得越来越“聪明”,也许终有一日能够做到对自身所记录下来的信息进行取舍选择,瞬间完成符合该用户的信息提取工作。如何从庞大的数据中选出需要的数据并输出,那是有关下一代存储器开发的关键之一。可以说是存储器带有人性化。

——原来如此。也就是说存储器将不会再是单纯的「记录装置」是吗?

石丸:是的。说到底也有可能开发出不再是半导体而是全新素材的存储器。最近一段时间,学会上也有发表有关DNA记录数据的研究。虽然是非常奇特的想法,但是20年后很有可能转会变为现实。

就我个人来说,我一直想象着如果有一天“物体”可以记住信息的话……。比如说,夏目漱石用过的钢笔,如果能够记住写下『我是猫』时的各种细节的话,不觉得会很有趣吗?不光是小说的内容,就连当时漱石的心境或写文章时的状况也能通过钢笔读取。而且,如果用掌握了漱石创作风格的钢笔写出新作品的话,想想不是会很兴奋吗。虽然可能还是非常遥远的梦想,但我想继续挑战开发那种,不光光是记录数据,还能传达与那份记录相关的感觉性信息的存储器,如人的感情、五感、经验等。

——在听了您的一番话后,让我想起了伊势神宫的的「式年迁宮」。那是每20年一次将天照大神移驾到新建神殿的隆重祭典,目的不光是「保存」物体,同时也为了将神殿的建筑技术和仪式的顺序以灵活的形式让人们继承下去这一伟大的意义呢。在我的VR专业的研究者中,也围绕如何将人的经验和能力记录并传达这一题目展开了非常热烈的讨论。

石丸:原来如此,「式年迁宮」是一种为了将经验和技能传递下去的一种机制啊。如果应用在存储器上思考的话,将来追加基于「人的特性」的功能也可能比较好吧。比如说,存储器自己经过判断认为「这个人比较健忘,比较重要的记忆就先慎重地备份一下吧」然后自行拷贝数据。存储器本身也将变得更加人性化吧。

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担起社会实装任务的,
自动化制造流程

——接下来,我们就来请教一下致力于闪存制造基地改善活动的数字化工程创新研发中心的柿沼先生。请您介绍一下制造流程,广泛普及的NAND闪存是被如何制造出来的呢。

柿沼:目前,普及世界的NAND闪存,是将精密的电路图案(原版)转刻在硅晶圆上制造出来的。其整个工程采用的是非常精密且复杂的纳米级别的精细加工。在作为世界上最大规模的闪存制造基地的四日市工厂,在占地面积约10个东京巨蛋体育场大小的工厂里有5间无尘室(保持空气清洁的房间),约200机型7000台以上的制造设备在进行工作。制造现场的无尘室几乎全部都是自动化管理,几乎不会看见有人的踪影。工作人员在其他房间通过自动化系统发出指示,边确认状态边管理着无尘室里的情况。

在闪存的量产上,能降低多少制造成本制造出高品质的产品是根本性课题。我们每天都在绞尽脑汁思考,量产最先进的新产品时如何可以提高生产能力,比如如何提升成品率,如何减少浪费等。

※成品率・・・・・・相对于原料的成品量的比例。成品率100%的话,就表示没有产生次品,原料全部被制造成了产品。

——请问您具体用了什么样的效率化方式呢?

柿沼:近几年来的一大变化就是大数据的运用。在四日市工厂,每天从生产设备和自动化系统所产出的数据高达20亿以上。这笔惊人的大数据,不仅能够实时被使用,同时还能存储在数据库中。通过数据表格、图表等方式将数据实现「可视化」,还可以把数据灵活应用到工厂管理和解决课题之上。

最近,我们还进一步的将大数据与AI技术结合,也就是在灵活运用AI技术上尝试进行各种不同的努力。例如,为了监控制造过程中硅片出现的不良情况,我们用电子显微镜进行观测,一天内记录了30万张以上的图像数据。在以图像数据为基础来进行的缺陷检查中,过去人们组装而成的系统对缺陷图像数据的自动分类率只有50%,剩下的一半则需通过人眼来进行检查。通过使用AI技术,自动分类率立即提升到90%以上。也就是说,人工的工作量减少到了原来的五分之一。像这类图像检查以及大数据分析,AI的力量远在人类之上。我们计划今后继续在这些领域运用AI技术,来实现自动化。

——现在,各个领域都在热烈地讨论大数据与AI相结合的话题。对于其未来的发展前景这方面,您有什么看法呢?

柿沼:在四日市工厂,我们一直在通过活用大数据与AI相结合的方式,思考和探索一个整体优化的解决方案,例如如何让生产设备有效运作、每台价值数亿日元的制造设备的投资效果等问题。 所以,我们找到了可以低价提供闪存的方法。然后,通过自动化不断减轻人类不擅长的工作负担,转而将人力资源用于更高层次、可以创造新价值的领域。

在不需要人类介入的地方正在使用AI来实现自动化。但是,在缺乏过去数据资料和资讯的情况下,以现在的AI来说仍然是困难的。闪存一直在追求新的发现和技术。因此,我所想象的是,并不是让AI取代人类,而是与人类互相协调的同时能自动解决问题,以找到最合适的方案。

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为进一步的信息爆炸做准备
开发的最前线

——接下来,我们就来听听从事设备开发多年的尖端存储器开发中心的村滨先生。NAND闪存的开发在这10年里发生了怎样的变化?

村滨:首先,开发速度有了飞跃性的提高。现在的主力产品三维闪存是在2007年被发明的。之后,在2015年将电路单元垂直堆叠48层后的「BiCS FLASH」(BiCS2)制成商品。并在2017年推出BiCS3(64层)、在2018年推出BiCS4(96层),顺应时代的需求不断增加存储容量。

以前,更新一代需花上4 ~5年的时间,但现在只要1年~1年半左右。相应地,对存储器的可靠性、速度性能、低功耗和成本等方面的要求也急剧提高。通过建立多代闪存并行研发体制,现在的开发周期已经有能力去满足1 ~ 2年后的社会需求了。

——也就是说,近年来为了满足市场需求,通过增加层数实现了存储器的更大容量吧。想请教三维闪存的容量(层数)能提升到什么程度呢?

村滨:这点我还不太清楚,不过也有学会的研究人员表示,有达到500层、800层的可能。可以肯定的是,目前能通过增加层数实现更大容量。但是,因为三维闪存的开发需要纳米级的加工技术,所以不能使用一般的方法。例如。在制造BiCS4时,需要在直径30cm的硅晶片上,钻出超过1兆个以上的直径100nm(与病毒差不多大)左右、深度是其直径50倍(5000nm)的微小孔。

——这还真是需要非常高的技术才能办得到呢。

村滨:是啊。相应地我觉得人类也在跟着进步。特别是现在的年轻技术人员都特别优秀,比以前的自己工作能力强多了(笑)。工具等的开发环境也变得特别好,不过,即使排除这方面,能更有效率地完成工作的技术人员感觉比以前变多了。而且,在开发现场,我强烈地感觉到,技术是通过人们的努力和反复钻研而发展起来的。

不管技术多么先进,最终,只有人类才能创造出新的想法。而且在很多情况下,突破难题的想法都来自于良好关系下产生的讨论和不经意的闲聊。我想告诉年轻一辈的技术人员,人与人之间的良好互动与对等关系,可以说是技术开发的基础,具有重大的意义。

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从记录到「记忆」。
关系上的差异
创造出不同的价值

——最后,想就存储器技术整体的发展方向,请教石丸先生的看法。通过以上的访谈内容,我们深深体会到了从事研究开发的技术人员们强烈的想法。

石丸:毕竟,要从事开发工作,如果没有对技术热情的话是无法持续下去的。NAND闪存的论文发表是在1987年,而被广泛使用是从2000年前后才开始。另外,三维闪存的论文发表是在2007年,该产品直到近年才开始量产。由此可见,一项技术从被发明到制成商品并普及,大约需要10年的时间。而我的工作就是,在这股潮流扩展到全世界之前,协助推动开发工作。

不过,预测10年后的社会是很困难的,所以我们只能通过学会讨论、以开放式创新方式和大学进行合作研究、尝试以一名用户的角度考虑产品等各种活动,为能够领先一步预见未来的需求而不断努力。

——对于已经十分普遍的大数据来说,最近也出现了充分利用一个人的所有信息,即所谓的「深度数据」的相关研究。如果这一技术实现的话,那么那个人的消费行为、容易患上的疾病等,个人对未来的预测就将成为可能。通过数据与「个人」相结合,以往被认为是垃圾的数据,其价值也有可能因此转变而被视为是宝物。

石丸:是的。从这个意义上讲,我认为今后必须着眼于数字数据和人类之间的「关系性」。某条数据被记录下来的时候,对于当事人来说具有何种意义。或是可以唤起当下何种情感的数据?重视这种观点的心情,也蕴藏在铠侠(KIOXIA)的企业口号——从「记录」到「记忆」之中。

——只是,「能够记录的事情」和「能够传达的事情」之间有很大的差异。例如,丢失了当时的设备,20年前的媒体艺术就无法再现;在云端运行的服务一旦终止,谁也无法继续使用。对于开发存储器的技术人员们来说,或许「再现性」乃是应该面对的课题。

石丸:是的。对于数字性的记录媒介来说,如何克服老化和环境变化,保持「再现性」是一个很大的课题。例如,如果能像细胞分裂那样,在记录媒介损坏或报废之前,生成新一代的拷贝,留下备份,如果可以生产出这样的存储器的话,也许就能解决这种课题了。

今后,我也要一边思考「记忆」和人类之间更好的接口,一边致力于产品开发。我想创造出能传达50年、100年时间「记忆」的存储器。

石丸一成
存储器技术研究所
技术总监 IEEE Fellow

1988年,进入东芝公司。从事各种存储器、新型存储器及尖端CMOS技术开发。目前负责研发战略、开放式创新。历任国际学会委员。UC Berkeley客座研究员(1997-1998)。2019年起成为IEEE(电气和电子工程师协会)Electron Device Society董事会成员。

柿沼英则
数字处理创新中心
数字处理先行研究负责人
主管

1985年进入东芝公司。从事半导体生产系统开发工作。现在,作为AI机器学习项目的项目负责人,正在推进AI运用研究旨在提高生产效率。

村滨优一郎
尖端存储器开发中心
尖端存储器设备开发部
部长

1990年进入东芝公司。进入公司以来,从事自开发到工厂量产等有关存储器产品化的工作。目前在尖端存储器开发中心从事下一代闪存产品的开发。

鸣海拓志
东京大学研究生院信息理工学系研究科 准教授

1983年生于福冈县。博士(工学)。2006年毕业于东京大学工学部。2011年,完成东京大学研究生院工学系研究科博士课程。同年,就任东京大学研究生院信息理工学系研究科的助教,2019年7月起任现职。提倡积极运用由身体扩张体验引起的心理变化,自由地控制自我虚像(情绪·认知·思考)的认知工程。曾获日本虚拟现实学会论文奖,经济产业省Innovative Technologies, 优秀设计奖等多个奖项。

文:相泽良晃

插图:武田侑大

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