企業革新歷程

「記憶的技術」從何而來又將前往何處?~我們的「記憶」史~

Scroll for more

在日本網路普及前的1987年,舛岡富士雄先生(原任職於東芝公司,現為東北大學名譽教授)發明了世界最早的「NAND快閃記憶體」。運用其小型、低價、高速的讀寫力等特性,現在已被廣泛地運用在智慧型手機、數位相機、筆記型電腦等產品上,並成為資訊社會的基礎。接下來要和KIOXIA的山路航太先生一起來追溯其創新的軌跡,探索NAND快閃記憶體為社會帶來的價值。負責採訪的是長年活躍於媒體最前線,追訪相關資訊已久的記者服部桂。

セクション画像

誕生於網路普及的前一夜
NAND快閃記憶體

——首先,要先來簡單地回顧一下,KIOXIA(當時的東芝)領先世界所發明的「快閃記憶體」是什麼樣的產品。

山路:快閃記憶體是一種「利用半導體的超小型記憶裝置」,通常被應用在生活上周遭的智慧型手機、平板電腦、攝影機、遊戲機等產品上。像是經常被用於傳輸數據的「USB隨身碟」也有使用到快閃記憶體。東芝在1984年發明了世界上第一個「NOR型快閃記憶體」,並在1987年發明了「NAND快閃記憶體」,至今仍被廣泛地使用著。

——在1984年,別說網路了,連電腦也尚未普及。當時的電腦價格與輕型車差不多,能夠以文書製作處理或表格計算的軟體進行會計作業已經算很厲害了,至於圖片或聲音等,因為數據過大而幾乎無法進行處理。在這一年問市的蘋果Mac電腦,記憶體內存容量也只有128KB,當時比爾蓋茲也說了「電腦的記憶體內存容量有640 KB已是綽綽有餘」。而快閃記憶體就是誕生在這IT黎明期的技術。

山路:是的,這是由前東芝員工舛岡先生所發明的,在記憶裝置(非揮發性記憶體)不需要電源的年代,卡帶與磁碟為主流商品。但是,像這種運用磁性的紀錄裝置有著「讀取需耗費時間」、「占空間」等缺點。

――為了克服這些缺點而開發出的「快閃記憶體」。

山路:就是這麼一回事,舛岡先生堅信「使用快閃記憶體就可以隨身攜帶好幾十首音樂,邊慢跑邊聆聽」。似乎在行動卡帶機普及的年代,舛岡先生就已經預想到數位行動音樂播放器的來臨。然而,在「NOR型快閃記憶體」的設計上,要將記憶體大容量化並且維持輕巧的外型是一件相當困難的事。

最後所得出來的結論就是迴路規模比NOR型快閃記憶體還小,並且易於大容量化的「NAND型快閃記憶體」。於1987年發表了作用原理,並由東芝最早將其商品化,這就是現今所普及的快閃記憶體。

――快閃記憶體的構造是?

山路:快閃記憶體利用保留積體電路晶片上所設置的無數「儲存元件」的電子來紀錄情報。保留並且釋放元件的電子,再根據電子的「有/無」來記憶情報。

請試著想像「晶片是土地,元件就是房子」,利用縮小房子的大小,並在一定的土地範圍內增加房子的數量,來達成「越多元件=能夠記憶越多情報」。

NAND型的元件迴路規模較小,是開拓了「多下點功夫,就能在不改變晶片大小的情況下實現大容量化」此一道路的劃時代發明。在那之後的研究開發則將焦點放在傾心研究元件細微化,藉以紀錄更多的情報,同時快閃記憶體的大容量化也以超越摩爾定律※的速度發展。

※摩爾定律,是由Intel的其中一位創辦者高登・摩爾於1965年所提出的有關於半導體積體率的定律。在現代則指「半導體積體率會以18個月的週期增加一倍」。

如果將摩爾定律應用在半導體的快閃記憶體上,每種晶片尺寸的容量就會以18個月為週期增加一倍,3年就等於4倍,10年則是100倍。換句話說,10年後每種容量的價格就會是100分之1。

NAND除了微細化之外,還會根據「多值化」等技術以超越摩爾定律的速度提高積體率。在一個基本的NAND型快閃記憶體元件當中,電子會藉由「有/無」來記憶1bit,多值化技術則是透過細分元件內電子的狀態來記憶2bit以上的技術。此部分就不在做詳細說明,可以知道的是,多值化技術能使同樣的空間內記憶超多2倍以上的情報。

グラフ

透過技術革新,將摩爾定律以更快的速度朝向低價格化進行(出處:KIOXIA)

セクション画像

快閃記憶體的本質在於
視覺媒體的數位化

――快閃記憶體是在何時開始普及化的呢?

山路:是在2000年之後才開始普及的,東芝於1995年開發了卡片型快閃記憶體「SmartMedia」,尺寸大約是4公分的四方形,厚度在1毫米以下,重量為2公克。在當時被廣泛用於正在普及化的數位相機上。

接著在1999年,現在也被廣泛使用的「SD記憶卡」上市。當時,市場上有各式各樣的記憶卡,不過隨著採用「SD記憶卡」規格的廠商增加,現今主要廠牌的數位相機幾乎全都使用「SD記憶卡」。

——輕量、小型、省電。對於以便於攜帶為前提的數位相機而言,擁有以上三種特性的快閃記憶體想必更是不可或缺吧!

山路:是的。隨著數位相機的性能提昇,將能夠拍攝更高解析度的畫面和影像,當然,數據容量也會因此變得更大,相對地就會需要更大容量的快閃記憶體。早期的SD記憶卡僅能存載約16MB的容量,現在,128GB或是256GB的產品乃已成為主流。當然,這股趨勢亦適用於手機和智慧型手機,隨著機體性能提昇,要處理的數據容量也大增,因應於此快閃記憶體的容量亦隨之加大。

雖然利用磁盤製成的「機械硬碟」(HDD),現在亦被廣泛地使用作為儲存大容量的記憶裝置,不過在「讀寫速度」和「節省空間」這兩方面,快閃記憶體乃具有壓倒性的優勢,因此攜帶型機件設備更是少不了快閃記憶體。但是,若單以「存載容量單價」來概算的話,還是以HDD較為經濟划算,所以需要大量儲存容量的個人電腦和數據中心,並未完全以快閃記憶體取代HDD的位置。就這個領域而言,若要說HDD是快閃記憶體最大的競爭對手也不為過。

セクション画像

正是記憶體低價化
帶來行動裝置革命?

——話說回來,蘋果公司所開發的iPod早期亦採用HDD。我記得在那之後,雖然採用快閃記憶體的iPod nano上市,但記憶存載容量也變少了。若想在價格上取勝贏過HDD,並沒有那麼容易吧!

山路:不過,最近已快迎頭趕上囉!

——怎麼說呢?

山路:因為歷經了一項偉大的技術革新。事實上,在2010年代初期,「透過電子元件細微化來加大容量」的作法開始出現了瓶頸。隨著縮小電子元件,在元件中所能儲存的電子數也跟著減少而容易發生錯誤。因此,我們想到了「三次元化」的3D技術。

我們將電子元件以垂直方向進行堆疊增加晶片內的元件數,來取代縮小記憶體元件,以加大存載容量。就像是把「獨棟平房」變成了「高樓大廈」。在2007年,這門技術亦是東芝最早在學會上所發表,而現在,96層記憶元件堆疊而成的快閃記憶體亦已實際量產中。

也因為這項技術革新,讓快閃記憶體的容量到現在仍持續地增加進行中。現今幾乎是人手一機的智慧型手機,快閃記憶體的創新對於其普及可說有著深遠的影響。或許會被認為是老王賣瓜自賣自誇,但不僅是快閃記憶體「輕量、小型、省電」的特性,還有讓大容量付諸實現的細微化和三次元化等各種創新方式,都可說扮演了相當重要的角色,發揮了極大作用。

セクション画像

在數據不斷增加的時代中
記憶體所詮釋的新角色為?

——透過以上的訪談,讓我們再次認識到快閃記憶體高度的多功能性,亦可說它是一項支援IT行動化的技術。

山路:能夠聽到您這麼說,真的很高興。的確,若沒有快閃記憶體這項發明和之後的技術改革,普世的行動化發展亦將會更加落後。

最近,取代HDD,改裝載使用快閃記憶體裝置「SSD(固態硬碟)」的行動個人電腦愈來愈多。隨著價格接近HDD,有著大容量儲存需求的數據中心的使用者也跟著在增加。

――不久後即將進入5G的時代,操作大量數據不再是一件困難的事。另一方面,若追溯到情報技術的歷史,在過去是個僅國家與企業才能使用的超高科技技術,後來才逐漸平凡化而被廣泛使用。

舉例來說,美國為軍事用途所開發出來的「GPS(衛星定位系統)」在過去曾是個國家機密,現今則是人人都能輕易使用的科技。從這點來看,也許有一天我們每個人都能夠自由活用巨大且複雜的數據。預測自家上空的天氣、預測及分析自己的身體狀況與心情變化等,也都能實現也說不定。

山路:如果真能這樣就太有趣了,無論如何,技術越是進步,對於今後數據的重要性也會持續增加吧。以最近的IoT與AI、自動駕駛技術等為背景,維持大容量的數據,都是對高速處理快閃記憶體的新需求。

如同前面所提到的,快閃記憶體的歷史是隨時代需求應變,並不斷進步的。我們希望能將快閃記憶體提高到新的層次,讓它不僅僅是紀錄,而是透過創造全新「記憶」來帶動整個社會的變化。

服部桂(Hattori Katsura)

1951年出生於東京都。1978年,早稻田大學理工學部電子工程學課程結業後,進入朝日新聞。1987年以MIT媒體實驗室研究員身分前往留學,著手進行美國媒體產業的調查。歸國後參與朝日新聞發行的IT專門雜誌『ASAHI個人電腦』、『DOORS』的製作。2016年自朝日新聞社退休後,以自由業之姿活躍於業界。著有『人工現實感的世界』、『人工生命的世界』、『媒體的預言者』、『麥克魯漢是訊息』、『VR原理』等書籍。

山路航太(Yamaji Kota)

1972年出生於神奈川縣。1997年以系統工程師身分進入東芝。2013年開始擔任半導體部門的宣傳負責人。2017年擔任東芝記憶體(現為KIOXIA)成立同時的公司宣傳負責人。

文章:相澤良晃

圖片:高城琢郎

Share

企業發展

記憶の技術の

products画像
返回主頁