【新一代存储器】大容量让智能手机更方便快捷

随着智能手机及平板终端的普及，NAND型闪存的需求不断扩大。但微细化技术将在几年内达到极限。于是各厂商瞄准“后NAND闪存”展开了新一代存储器的开发竞争。
    美国苹果公司的“iPhone”及“iPad”在世界各地热销，使得智能手机及平板终端市场快速扩大。随着新型终端的普及，市场对承担存储任务的NAND型闪存的需求日益高涨。
    NAND闪存也开始作为更加小型轻量的存储器，配备在以往主要依靠HDD（硬盘）保存数据的个人电脑上。随着云计算的发展而不断得到强化的数据中心，也出现了全面采用NAND闪存的征兆。NAND型闪存市场出现了一片繁荣景象。
    此前，各厂商竞相通过存储单元的微细化，来扩大存储容量并削减单位bit的成本。但据半导体技术人员推测，微细化很快就会遭遇技术极限。预计2013～2015年前后NAND型闪存微细化将达到物理性极限。
    东芝、尔必达存储器、韩国三星电子及韩国海力士半导体等企业正加紧实现新一代存储器的实用化。
    通过立体构造克服平面极限

    NAND型闪存是使用多晶硅（Si）作为存储单元材料的半导体存储器。通过调整多晶硅保持的电子量来区别“0”和“1”。

新一代存储器的种类

NAND型闪存的微细化技术很快就会达到极限。各企业为了跨越这一障碍，正在开发采用三维化方式或与之完全不同的存储方式的新一代存储器。在大容量化、处理速度及数据可写入次数等方面进行着激烈竞争
    各厂商此前一直通过采用微细加工技术来提高集成度。
    微细化程度是用最小加工尺寸来表示的。在日本引领开发潮流的东芝2009年前后实现了32nm（1nm为十亿分之一米）NAND型闪存的实用化。2010年前后是24nm产品，2011年是19nm产品，加工尺寸逐年减小。但东芝计划2013年结束微细化进程。
    估计那时将达到被称为技术极限的约15nm。预计存储容量会达到256千兆（1千兆为10亿），但要进一步微细化的话，存储单元之间就会发生电干扰。
    东芝打算如何跨越这种技术极限呢？

    东芝尖端存储器技术开发部部长渡边寿治表示，“并不是进行微细化，而是通过多层化技术来提高集成度”。不会像原来一样，在平面上进行存储单元的微细化，而是通过纵向重叠基板来提高集成度。
    多层化可为实现大容量化作出巨大贡献。只需重叠基板，便可增加容量。
    东芝将三维NAND闪存命名为“BiCS”，目标是2013年开始量产。将通过在多层基板上打开竖孔后插入存储单元的方法降低制造成本。
    渡边充满信心地表示，“将继续通过多层化追求大容量化与低成本化”。
    “后NAND”百花齐放

    三星电子及海力士半导体也在致力于NAND型闪存的多层化，导致开发竞争更加激烈。
    目前，从单位bit的制造成本来看，虽然用磁头在高速旋转的金属圆盘上读写信息的HDD成本较低，但已上市的绝大多数智能手机及平板终端都因注重携带方便性而配备了更小型轻量、耐冲击性更强的NAND型闪存。
    今后，如果能够通过多层化等技术来降低成本的话，估计NAND闪存也会全面配备到个人电脑上。
    另外，随着云服务的普及，与目前在数据中心扮演主角的HDD及磁带相比，数据处理速度更快的NAND型闪存的需求将会高涨。

    所有终端及数据中心都需要配备存储器
    东芝内存总工程师森诚一对NAND型闪存充满期待，称“随着云计算的发展，估计数据中心与终端对NAND型闪存的需求都会增加”。
    其实，苹果不久前启动的云服务“iCloud”就采用同时在数据中心和终端保存数据的方式。
    但随着通信基础设施的完善，如果可以随时随地使用云服务的话，用户就可以将信息保存在数据中心而不是终端上，那么终端也就不再需要很大的存储容量了。
    目前，智能手机及平板终端的普及正在推动NAND型闪存市场不断扩大，估计几年后数据中心将会成为拉动NAND闪存需求的火车头。
    人们还试图采用与NAND型闪存完全不同的存储方式，来突破微细化极限。“ReRAM（可变电阻式存储器）”、“PRAM（相变存储器）”及“MRAM（磁阻随机存储器）”便是这样的例子。

    ReRAM在存储单元中使用了电阻会随电压变化的材料，根据电阻值的变化来区别“0”和“1”。估计2013～2014年前后开始量产，尔必达存储器、夏普及美国Unity半导体等都在推进ReRAM的开发。
    ReRAM与三维NAND型闪存均有望成为新一代存储器的主角。估计ReRAM企业与三维NAND型闪存企业将会展开主导权之争。
    而PRAM在存储单元中使用了状态随热量变化的“相变材料”。虽然瑞士恒忆（Numonyx）及三星电子从数年前就已开始量产PRAM，但一直未能普及。PRAM要作为新一代存储器全面普及，还需要提高容量及数据擦写速度。
    东芝将收复DRAM市场的失地

东芝、富士通研究所、三星电子、海力士半导体及美国IBM等企业均在致力于MRAM的实用化。这种存储器的工作原理是通过存储单元的磁化反转来区别“0”和“1”。
    MRAM不像三维NAND型闪存及ReRAM等那样用于长期保存数据，而是用来取代临时保存数据的DRAM。DRAM被划分为可临时对终端内频繁交换的数据进行高速读写的“工作存储器”，并被智能手机、平板终端及个人电脑等产品采用。MRAM与NAND型闪存等相比，存在bit单价高的问题，但数据写入速度与DRAM相当。
    而且，DRAM会在断电时丢失数据，因此必须在使用过程中一直保持通电。而MRAM不需要一直通电，因此功耗较小。如果配备于智能手机及平板终端等产品的话，可以延长电池驱动时间。
    东芝前不久与海力士半导体就共同开发MRAM达成了协议。计划融合东芝的存储单元技术与海力士的制造技术，从2014年开始投产MRAM。东芝虽在2002年退出了DRAM业务，但打算借助MRAM东山再起

东芝今后打算开发用于长期保存数据的三维NAND型闪存，以及用于临时保存数据的MRAM，以两种产品来攻占存储器市场。
    美国调查公司IDC预测称，2011年一年内将产生1.8千万亿兆字节由“0”和“1”构成的数字信息（千万亿兆是10的21次方）。据该公司介绍，这一信息量目前正以每两年两倍的速度增加。
    成功开发出比其他公司容量大、处理速度快、功耗小的新一代存储器的厂商，估计将在信息量出现爆发性增长的时代成为受益者。