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記憶體也有情感?「記憶技術」的未來~探尋「記憶」的最前線~

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隨著NAND快閃記憶體的誕生,人們也建立起輕鬆就可將情報資訊記錄下來帶著走的生活模式。訊息流通量因為物聯網的發達而不斷增加,也因此讓記憶體所扮演的角色及其重要性進一步地擴大。
當個人的「五官感受」和「情感」都能因技術的進步而數據化時,原本的記錄技術亦將轉換成為「記憶留存」技術。接著是由正在研究VR人機互動界面的東京大學研究所情報理工研究系的鳴海拓志副教授,針對拓展此未來可能性的研究開發最前線,對三位KIOXIA技術人員進行的採訪。

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記錄媒體
會因為逐漸接近人類

而變成「記憶留存技術」?

——自1987年NAND 型快閃記憶體問世以來,已有30多年的歷史,而今後它又將如何發展進化呢?首先,先來聽聽在記憶體開發研究所內,從事次世代記憶體技術基礎開發的石丸一成先生的看法。

石丸:有關快閃記憶體的未來,目前我們可以看到兩個大方向。一個是像以往一樣,繼續增加其存載容量。資訊設備與通訊技術,必隨著時代的日新月異跟著進化發展,也因此會需要能夠儲存更大量數據的快閃記憶體。

另一個大方向是,為了有效處理所存載的大量數據,往開發「智能記憶體」的方向發展。舉例來說,快閃記憶體是與發號司令的控制器進行結合來使用的,透過改善其功能,能夠更快更穩定地記錄數據資料。

隨著記憶體智能化,說不定在不久的將來,記憶體本身亦可就所存載的情報資訊進行篩選整理,並能夠立即為用戶提供正確的情報訊息。至於要如何從大量的數據中選取所需要的數據資料並輸出,乃是次世代記憶體技術開發的關鍵之一。換句話說,也就是記憶體的人性化。

——原來如此。也就是說,記憶體將不再僅是「記錄裝置」的意思囉?

石丸:是的。也就是說亦有可能開發出全新的記憶體而非半導體。最近,在學術會議上也發表了一項有關記錄DNA數據的研究。雖然被視為反常奇怪的想法,但是在20年後的未來,有可能付諸實現也不一定。

我個人有在想像,若有一天,「物件」可以記住情報訊息,將會是怎樣的情景。例如,夏目漱石所使用的鋼筆,若記得文豪在寫下「我是貓」這本鉅作當時的景象,那不是很有趣嗎?不僅是小說的內容,就連當下夏目漱石的感受和寫作狀況,都能夠透過鋼筆得知一二。而學到了夏目漱石文筆創作風格的鋼筆,居然就此創作出新作品,光是想像就令人興奮不已。或許這是個遙不可及的夢想,但我想要挑戰開發出,不單只是存載記錄資料數據,還可以傳達所存取的記錄資料之當事者的情感、五官感受、經驗等感官訊息的記憶體。

——在聽到了您的一番話後,我也想到了伊勢神宮的「式年遷宮」。這個每20年一次將天照大御神移駕到新建神殿的隆重祭典,不單只是基於「保存」目的而舉行,同時也是為了藉此將神殿的建築技術與儀式的程序以實際運作的形式進行世代傳承,富有極為重大深遠的意義。在我所專研的VR之研究小組成員中,也經常就如何記錄與傳達人類經驗和技術層面進行討論。

石丸:原來「式年遷宮」是一個為了傳達人類經驗與技能的傳承機制。若要將之應用在記憶體上,也許今後再加上能與「人類特性」緊密搭配的功能會比較好。例如,「這個人很健忘,所以我只要將重要記憶的資訊備份起來就好」,記憶體本身會自行判斷並進行資料的複製備份。或許往後的記憶體將變得更加人性化。

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扮演「社會實裝」的要角,
製程自動化

——接下來,要請教致力於改善快閃記憶體生產據點之數位工程研發中心的柿沼先生的看法。想請您告訴我們,如今被廣泛使用的NAND快閃記憶體的製造方法及其製程。

杮沼:現在普及於全球的NAND快閃記憶體,乃是將精密的電子電路圖(原版)轉印寫入於矽晶片上所製成。整個工程採用的是非常精確、複雜的奈米級精細加工。在全球規模最大的快閃記憶體生產據點的四日市工廠,佔地約有十個東京巨蛋之大的腹地裡,擁有5間無塵室(確保空氣潔淨的房間),還有約200個機種7000台以上的設備進行製造作業。位於製造現場、幾近完全自動化的無塵室,也幾乎看不到人影。工作人員是在其他的單獨機房內透過自動化系統傳送指令,並在確認作業狀況的同時進行無塵室的管理。

在量產快閃記憶體方面,如何在降低成本的同時製造出高品質的產品,正是我們所面對的基本課題。為了量產最先進的尖端新產品並提高產能,每天都在動腦想著要提高多少的成品率、會不會因此造成浪費等問題。

※成品率,相對於原料所能製造出的成品比例。若成品率為100%,即表示所有原物料均已商品化而無不良品。

——在製造效率化方面是否能請您舉出具體的實例說明?

杮沼:近幾年來的一大變化就是大數據的活用。在四日市工廠,每天從生產設備和自動化系統所產出的數據高達20億以上。這筆驚人的大數據,在儲存於資料庫的同時,亦可將之活用於現實中。透過數字或圖表的「可視化」來顯示數據,還能夠將其用於工廠管理與解決課題上。

最近,我們一直將這大數據與人工智慧AI進行交叉結合,也就是在活用AI上嘗試進行各種不同的努力。舉例來說,為了監控製程中矽晶片上的不良缺陷,我們每天記錄了30萬張以上以電子顯微鏡觀測到的圖像數據。在這個以圖像數據為基礎進行的不良檢測中,原本人為組裝系統的不良圖像自動分類率為50%,而剩下的一半工作則交由人眼判別。當這部份以AI取而代之,自動分類率則可以提升到90%以上。也就是說,人類的工作量減少到五分之一。像這樣的圖像檢測或數據分析,AI確實比人類強得多。往後在這類型的製程上,我們也計劃將使用AI來推動自動化。

——關於大數據結合AI的活用法,在各個領域都掀起話題被熱烈地討論著,對於未來在這方面,您有什麼看法呢?

杮沼:在四日市工廠,透過活用大數據結合AI,包括如何讓生產設備有效運作,以及每台生產機器耗資數億日圓的投資成本所能獲得的成效在內,我們也一直在思考探索最適合的整體解決方案。結果,讓我們找到了可以低價提供快閃記憶體的方法。然後,透過自動化,減輕人類不擅長的作業負擔,轉而將人類資源有效運用於創造更高水準、全新價值的領域。

在無需人類干預涉足的地方正在以AI來實現自動化。但是,在缺乏過去數據資料或資訊不足之處,以現在的AI來說仍然是有困難的。快閃記憶體一直在追求新發現與技術,因此,我所想像的是,以AI取代人類並非我們的目的,而是在AI與人類互相協調合作之下,自動尋求最好的結果。

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為進一步的資訊爆炸做準備
開發最前線

——接下來,要來聽聽帶著遠見從事設備開發的尖端記憶體開發中心村濱先生的看法。有關NAND快閃記憶體的開發,在這十年來起了什麼樣的變化呢?

村濱:首先,開發的速度大幅地提高了,目前的主力產品3D快閃記憶體,是在2007年所發明的商品。之後,在2015年將48層電子元件所堆疊而成的「BiCS FLASH」(BiCS2)商品化。並在2017年推出BiCS3(64層),在2018年推出BiCS4(96層),因應時代的需求持續增加記憶體的記錄容量。

在過去,產品進行世代交替約需花上4~5年的時間,但現在卻只要1年~1年半左右,意即在可靠性、速度性能、低消費電力與成本等方面,對於記憶體所要求的規格也急遽地提高。透過建立多世代快閃記憶體並行研發體制,現在的開發周期已經有能力去滿足1~2年後的社會需求。

——也就是說,近年來為了滿足市場需求,增加電子元件層數以達到記憶體的大容量化是吧!想請敎3D快閃記憶體的容量(堆疊層數)可以提升到什麼程度呢?

村濱:這點我是不太清楚,不過依學會的研究人員表示,要提升到500層、800層亦不無可能。可以肯定的是,目前能夠透過增加堆疊的層數來加大容量。只是,開發3D快閃記憶體需要有奈米級的精密加工技術,這並不容易。舉例來說,製造BiCS4時,得在直徑30公分的矽晶片上,打上1兆個以上直徑100nm(幾乎與病毒差不多大小)左右、深度約為其直徑50倍(5000nm)的細微小孔才能製成。

——這還真的是需要有非常高的技術才能辦得到呢!

村濱:沒錯。相對地人類也一直在跟著進步,特別是現在年輕的技術人員,和過去的自己相比,真的是很優秀,他們的工作能力比我強多了(笑)。雖然說工具等的開發環境上有明顯地改善,就算去除這些要素,我覺得工作效率比以前更好的技術人員也變多了。身處於開發的領域中,我深深感覺到所謂的技術發展,乃是在人們的努力及技能經驗的累積下而造就出來的。

不論技術如何發展,最終,也只有人類才能夠創造出嶄新的想法。事實上,有許多突破性的想法都是自對等關係的討論中而生或閒談間而來。我想要告訴年輕一輩的技術人員,人與人之間的良好互動與對等關係,可說是技術開發的基礎,佔有極重大的意義。

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從記錄到「記憶」。
關係上的差異
創造出不同的價值

——最後,想要就記憶體技術整體發展的方向性,請教石丸先生的看法。透過以上的訪談內容,深深感受到從事研究開發的各位技術人員的強烈想法。

石丸:畢竟,若對技術不具有熱情,開發工作就難以持續下去。NAND快閃記憶體的論文發表於1987年,但一直到2000年左右才開始被廣泛使用。至於3D快閃記憶體的論文則發表於2007年,該產品直到近幾年才開始量產。由此可得知,一項技術從被發明到商品化最後普及於世,大約得花上約10年的時間。而我的工作就是,在這股潮流擴展至全世界前,率先掌握並用之於開發。

不過,要預測10年後的社會其實是非常困難的,我們只能透過學術團體討論、以開放式創新方式與大學進行共同研究、嘗試以用戶身份面對產品從事各種活動,來為預見未來需求不斷地努力。

——對於目前已非常普遍的大數據,在最近也出現了運用個人所有的情報資訊,也就是所謂的「深度數據」之相關研究。若能付諸實現,則個人的消費行為、容易罹患的疾病等,亦有可能透過預測未來而得知。透過數據連結「個人」,以往被視為垃圾般的無用資訊,也會因此轉變為寶物也說不定。

石丸:是的。因此,我認為今後應著眼研究數位數據與人類間的「關係」。在該筆數據被記錄下來的時候,對於當事人具有何種意義,或是可以喚起何種情感的數據?這重要的觀點,也被深植於KIOXIA的企業口號——從「記錄」到「記憶」之內。

——只是,「能夠記錄下來的事」與「能夠傳達的事」之間還是有著很大的差別。例如:20年前的媒體藝術在失去了當時的設備後,即無法再重現;而在雲端所推行的服務一旦終止後,任何人都無法再使用。對於從事記憶體開發的研究人員們來說,或許「還原再現性」乃是目前所應面對挑戰的課題。

石丸:是的。對於數位記錄媒體而言,如何克服經年劣化和環境變化,保持「還原再現性」,的確是門非常大的課題。舉例來說,在記錄媒體有如細胞分裂般劣化、報廢前,若能夠複製出下一代的備份,留下有如分身般的記憶體的話,這門課題或許就能因此尋得解決之道。

今後,我也要一邊思考「記憶」與人類之間更好的介面,一邊致力於產品的開發,創造出可以傳達50年、100年歲月及「記憶」的記憶體。

石丸一成
記憶體技術研究所
技監 IEEE Fellow

1988年進入東芝公司後,從事各種記憶體、記憶體新開發件及尖端CMOS技術開發。目前擔任研究開發策略、開放式創新。歷任國際學會委員。UC Berkeley客座研究員(1997-1998)。2019年起成為IEEE(美國電機電子工程師學會) Electron Device Society董事會成員。

杮沼英則
數位工程研發中心
數位工程先行研究負責人
主幹

1985年進入東芝公司,擔任半導體生產系統的開發業務。現為AI機械學習企劃之企劃負責人,致力於推動活用AI以提高生產效率。

村濱優一郎
尖端記憶體開發中心
尖端記憶體設備開發部
部長

1990年進入東芝公司後,從事自開發到工廠量產的記憶體商品化相關工作。目前在尖端記憶體開發中心擔任次世代快閃記憶體的產品開發。

鳴海拓志
東京大學研究所情報理工系研究科 副教授

1983年出生於福岡縣。工學博士。2006年畢業於東京大學工學院。2011年,完成東京大學研究所工学系研究科博士課程。同年,任職東京大學研究所情報理工系研究科助教,自2019年7月起升任副教授。提倡虛像工程,積極活用因身體擴張體驗而產生的心理變化,支持自在創作自我虛像(情緒、認知、思考)。曾獲頒日本虛擬現實學會論文獎、經濟部創新技術、優良設計獎等多項奬項。

文:相澤良晃

插圖:武田侑大

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