企业的改革历程

“记忆的技术”从何处来?又往何处去?~我们的「记忆」史~

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在日本互联网普及前的1987年,舛冈富士雄先生(原任职于东芝公司,现为东北大学名誉教授)发明了世界最初的「NAND闪存」。利用其小型、低价、能够进行高速的读写等特性,现在已被广泛应用于智能手机、数码相机以及移动PC等产品的制造中,成为了信息社会的基石。让我们与KIOXIA的山路航太先生一起追溯这一创新的轨迹,探索NAND闪存为社会带来的价值。采访者是长年活跃于媒体最前线的记者服部桂。

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诞生于网络普及的前夜
NAND闪存

——首先,要来简单地回顾一下,KIOXIA(当时的东芝)领先于世界所发明的「闪存」是什么样的产品。

山路:闪存是「利用半导体的超小型存储装置」,通常被应用于我们身边的智能手机、平板电脑、摄像机、游戏机等。经常用于数据传递的「USB闪存盘」也使用闪存。东芝于1984年发明了世界上第一个「NOR闪存」,1987年又发明了直到今天也被广泛使用的「NAND闪存」。

——说起1984年,别说网络了,电脑也还没有普及。当时的电脑价格和小型汽车差不多,终于可以用文件制作和表格计算软件进行会计处理了,而图像和声音等数据因为太大,几乎无法进行处理。当年诞生的苹果MAC电脑的内存是128KB,比尔盖茨也说过「电脑内存有640KB就足够了」。闪存就是在这样的IT黎明期诞生的技术。

山路:是的,发明NAND闪存的是舛冈先生,他是原东芝的职员。当时,在不需要电源的存储装置(非易失性存储器)中,磁带和光盘是主流。但是,这种利用磁性的记录装置存在「读写时间较长」「占用空间」等弱点。

——「闪存」就是为了克服这些弱点而开发的吗?

山路:是的。舛冈先生确信「如果使用闪存的话,就可以随身携带几十首音乐在跑步时听了」。当时便携式盒式播放器很普遍,但似乎已经预见到数字便携式音乐播放器的出现。不过,「NOR闪存」在设计上很难实现大容量化,在保持小型体积的情况下,如何增大记录容量是一大课题。

最后所得出来的结论就是比NOR闪存电路规模小,并且容易实现更大容量的「NAND闪存」。1987年发表了工作原理,最初由东芝将其制成商品。现在普及的闪存就是这种类型的。

——闪存的结构是什么样的呢?

山路:闪存是通过在集成电路芯片上无数个「存储器单元」中保存电子的方式来记录信息的。在单元中保存电子或者释放电子,通过电子的「有/无」来存储信息。

请想象一下「芯片是土地,单元是房子」。通过缩小房子的尺寸,一定土地面积上的房子数量就会增加,由此就能够实现「越多存储单元=能存储越多信息」。

NAND闪存的电路规模较小,是体现了「即使不改变芯片尺寸,只要肯花工夫也能实现更大容量」这一道路的划时代发明。之后的研究开发,则把关注点放在了通过将单元进一步细微化从而扩大信息记录的数量上。同时,闪存的大容量化以超过摩尔定律※的速度不断发展。

※摩尔定律……英特尔创始人之一戈登•摩尔在1965年提出的有关半导体集成率的法则。现在一般认为「半导体的集成率在18个月内会翻一番」。

如果把摩尔定律用到半导体的闪存上,那么每个芯片大小的容量在18个月内能够翻倍。3年之内可以达到4倍。10年就是约100倍。换句话说,10年之后平均每个芯片容量的价格大约能达到原来的一百分之一。

NAND除了细微化以外,还通过「多值化」等技术,以超过摩尔定律的速度来提高集成度。一般NAND闪存,通过一个单元内电子的「有/无」状况能够存储1bit数据,而多值化技术则是通过细分单元内电子的状态,来达到存储2bit以上数据的技术。此部分就不做详细说明,可以知道的是,多值化技术能使相同的空间里存储两倍以上的信息。

グラフ

随着技术革新,价格正在以超过摩尔定律的速度不断降低(出处:KIOXIA)

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闪存的本质在于
视觉媒体的数字化

——闪存是什么时候开始普及的呢?

山路:是在2000年以后。东芝在1995年开发了名为「Smart Media」的卡片型闪存。尺寸为4cm的四边形,厚度为1mm以下,重量为2g。在当时被广泛用于正在普及化的数码相机上。

之后在1999年,出现了现在仍被广泛使用的「SD存储卡」。当时,虽然有各种各样的存储卡,但是采用「SD存储卡」规格的制造厂逐渐增加,到了现在,主要的数码相机厂商几乎全都使用「SD存储卡」。

——轻巧、小型、省电。对于以便携为前提的数码相机而言,具有以上三种特性的闪存更是不可或缺的吧。

山路:是的。随着数码相机的性能提高,能拍摄出更高清的图像和影像,当然,数据的容量也会因此变大,相对就需要更大容量的闪存了。早期的SD存储卡的容量是16MB左右,现在128GB和256GB的产品已成为主流。当然,这个趋势也适用于手机和智能手机,随着设备性能的提高,处理的数据量变大,因此闪存的容量也随之变得更大了。

作为大容量的记忆存储装置,目前利用磁光盘的「硬盘驱动器(HDD)」也被广泛使用,但在「读写速度」和「空间节约性」方面,闪存依然具有压倒性的优势,所以移动设备是离不开闪存的。但是,因为硬盘在「平均记录容量的价格」这一方面比较便宜,所以在需要大容量存储空间的PC和数据中心,硬盘还没有完全被闪存所取代。在这一领域,HDD可以说是闪存最大的竞争对手。

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正是存储器的高性价比
带来了移动革命?

——话说回来,苹果公司开发的iPod早期也采用了HDD。我记得在那之后,虽然采用闪存的iPod nano上市了,但存储容量也变少了。若要想在价格上战胜HDD,并不是那么简单的事情吧。

山路:不过,最近已经快要追上了。

——这是为什么呢?

山路:因为发生了一项伟大的技术革新。实际上,在2010年初期,「通过电路单元细微化实现更大容量」的方法开始出现了瓶颈。如果单元变得越来越小,其中能够储存的电子数量就会减少,这样就很容易产生错误。因此,我们想到了一种叫做「三维化」的技术。

通过垂直堆叠单元来增加芯片内的单元数量,取代原来通过细微化来缩小存储器单元的方法,来实现更大容量。可以想象为从「平房独栋」变成了「高层公寓」。2007年,也是东芝最先在学会上发表了这项技术,现在已经在批量生产堆叠了96层存储器单元的闪存产品。

也因为这项技术革新,闪存可以不断实现更大容量。现今几乎是人手一部的智能手机,闪存的革新对于其普及可以说有很深远的影响。或许会被认为是王婆卖瓜自卖自夸,但闪存的优势不仅仅在于「轻巧、小型、省电」,而且实现更大容量的细微化和三维化等各种技术创新也发挥了重要的作用。

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数据不断增加
时代中的
存储器的新作用是?

——通过以上访谈,让我们再次认识到闪存的多功能性,也可以说它是支撑IT移 动化的一项技术。

山路:听到您能这么说,我很高兴。的确,如果没有闪存的发明和后来的技术革新,世界移动化发展将会更加缓慢。

最近,代替HDD,内置了采用闪存颗粒存储设备「SSD(固态硬盘)」的移动电脑也越来越多。另外,随着价格越来越接近HDD,SSD被越来越多的用于存储大量数据的数据中心。

——不久后即将进入5G时代,操作大量数据不再是一件困难的事。另一方面,回顾信息技术发展的历史,过去只有国家和企业才能使用的超高科技技术逐渐地普及到大众,这样的情况不断地重复上演着。

举例来说,美国为军事用途所开发出来的「GPS(卫星定位系统)」在过去曾是国家机密,现在则是人人都在使用的科技。从这点来看,也许有一天,我们每个人都能自由的运用巨大且复杂的数据。预测自家上空的天气,预测及分析自己的身体状况和心情变化等,也有可能会实现。

山路:如果真能这样的话就太有趣了。不管怎样,随着技术的进步,今后数据的重要性也会增加吧。最近,以物联网、AI、自动驾驶技术等为背景,对能够保持大容量存储,同时能进行高速处理的闪存产生了新的需求。

就像之前说过的那样,闪存的历史是随着时代需求而变化,并且不断进步的。我们希望能够将闪存提高到新的层次,让它不仅仅是完成单纯的记录,而是通过创造出新的「记忆」,从而带动社会的变化。

服部桂(Hattori Katsura)

1951年出生于东京都。1978年,早稻田大学理工学部电子工学课程结业,进入朝日新闻。1987年起作为MIT媒体实验室研究员前往美国留学,调查美国媒体产业。回国后从事朝日新闻发行的IT专业杂志『ASAHI个人电脑』、『DOORS』的制作。2016年从朝日新闻社退休后,作为自由职撰稿人活跃于业界。著有『人工现实感的世界』、『人工生命的世界』、『媒体预言者』、『麦克鲁汉是信息』、『VR原理』等。

山路航太(Yamaji Kota)

1972年出生于神奈川县。1997年,作为系统工程师进入东芝公司。2013年开始负责半导体部门的宣传工作。在2017年东芝存储器(现在的铠侠)成立的同时负责该公司的宣传工作。

文:相泽良晃

插图:高城琢郎

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