一圖看懂  一顆晶片存好存滿 30 小時高畫質影片!美光科技量產 176 層 3D NAND Flash 越小體積越大容量

一圖看懂 一顆晶片存好存滿 30 小時高畫質影片!美光科技量產 176 層 3D NAND Flash 越小體積越大容量

癮科技 2021-03-04 00:00

你能想像能儲存 30 小時的高畫質影片的記憶體,比一根頭髮還細嗎?

生活中處處都會遇到需要儲存的東西,不論是照片、影片或是工作需要的檔案,你是透過 USB、硬碟還是雲端空間來存放呢?回顧儲存科技的發展堪稱是一日千里,如果你跟癮特務一樣是七年級生,一定有印象在 90 年代超級盛行的 3.5 磁碟片(Floppy Disk)。

當時的3.5磁碟片一片只有1.44 MB 容量,要裝一個遊戲還需要好幾片磁片才夠存載,放到現在,存一張高畫質的照片就已經滿滿滿,真的是時代的眼淚!後來儲存工具一路從磁碟片、CD、DVD、USB、SD 存儲卡、NAND 硬碟再到雲端儲存,能存入的容量越來越多、速度越來越快,而體積也越來愈小。最近全球知名快閃記憶體(NAND Flash)製造廠商之一的美光科技(Micron),更率先全球,開始量產 176 層 NAND 晶片。

這項 176 層 NAND Flash 產品的特色之一,就是每一層晶粒薄化後僅有 45 μm 微米,比一根頭髮還要細!這是怎麼做到的呢?

 

儲存硬碟體積縮小存更多,一顆 176 層 NAND Flash 晶粒輕鬆存放一整套哈利波特系列電影!

現在只要一顆面積和小拇指指甲差不多大的176 層 NAND Flash 晶粒,就能儲存大約 30 個小時的「HD 高畫質」影片。打個比方,假日時你想要用馬拉松式看一整套哈利波特系列電影(總共 8 集),過去至少需要 8 片 DVD 來接續播放,但現在卻不用這麼麻煩了,因為 176 層 NAND Flash 能把整套哈利波特系列電影存入後,還能再存一套魔戒三部曲!

為什麼硬碟儲存的容量能一直持續增加呢?這就跟快閃記憶體的技術很有關係了。最初的NAND Flash是2D的形式,2D的 NAND 可以把它想像成只有一層樓的平房,如果要塞入的物件越多,空間就會逐漸不夠,甚至人要在房間內走動也更加困難。後來 3D NAND 技術問世,等於解決平房空間有限的困境,從一樓開始往上蓋大廈,從 32 層、64 層、96 層、128 層逐漸翻倍成長,讓儲存的容量變多且硬碟的效能、壽命也持續進化。

不過 3D NAND 的樓層越蓋越高,相對技術門檻也就越來越困難,而美光科技運用獨家CuA (CMOS-under-Array) 技術,進一步縮小晶粒尺寸到比現今業界頂級的晶粒還要更小 30% 。簡單來說,就是大樓的樓層數變多、但體積高度卻縮小。

美光藉此成功把樓層推升到176層,並維持晶片實際高度仍和64 層一樣高。等於把全世界最高建築哈里發塔(828公尺),在不影響其建築結構、效能的前提之下,將高度壓縮到只有艾菲爾鐵塔(300公尺)的高度。換言之,硬碟的體積持續變小但能存入更多容量,背後的工程就是靠美光的CuA這項技術。

以前喝完一杯咖啡資料還沒存好,有了 176 層 NAND Flash ,資料秒速儲存

除了儲存量更多、體積更小,如何讓硬碟跑更快,也是消費者相當重視的要素。大家一定都曾有這樣的經驗:打開容量超級大的舊檔案或是將大量資料存到硬碟時,電腦跑有夠慢,常常去茶水間喝完一杯咖啡後,回到座位發現檔案還沒跑完,還佔用電腦效能,沒辦法順暢使用其他功能,常常得等到天荒地老,讓人忍不住想砸電腦。

現在美光 176 層 NAND Flash 讓每個人工作快上加快,透過一種晶圓製造的高縱深比的蝕刻技術,讓讀取、寫入的延遲速度比業界高容量 3D NAND 更快上 35% 以上。這是什麼概念呢?簡單來說,想像在 101 大樓內如果只有兩座電梯,每個人等待上下樓就會耗時相當久,而蝕刻技術等於在大樓內多增設約 10 億部的升降電梯,來快速消化人潮,也就是資料在讀取、寫入時間能縮短的原因。

另一方面,雖然電梯的數目增加了,但如果每個人要去的樓層都不同,每一個樓層都要暫停等待電梯開關門,無形中也在增加硬碟運算的時間。美光科技就採用 CuA 技術,讓訊號直接從邏輯電路傳送到儲存陣列,等於是允許有些人可以搭乘「VIP 專屬」電梯,從地下室的停車場直接送達到某一樓層的辦公室,再也不用跟別人一層樓、一層樓慢慢停靠了。也是這項技術的開拓,讓我們現在調閱、儲存資料能夠「秒速」完成的關鍵。

176 層 NAND 就在我們身邊,原來 3D NAND 應用如此多元

一顆 176 層 NAND 小晶片,這樣聽起來距離很遙遠的高端技術,其實在我們日常生活中,處處都能看見美光的身影。現在越來越多應用都跟大數據、人工智慧有關,例如全世界有超過10億人使用的APP——Instagram,每天有數十億張的照片、限時動態在上傳,要儲存如此龐大的數據就需要大機房,也就是資料中心。而美光 176 層 NAND 提供資料中心 SSD 關鍵設計標準,能幫助機房加速密集資料儲存及工作負載。

另一個應用就更熱門了,也就是現在最夯的5G手機。5G網路具備低延遲、高傳輸的特色,要讓消費者享受到越來越快的網路,手機的硬體也要提供相對應的強勁性能。美光 176 層 NAND 幫助手機儲存的負載效能提高 15%,讓手機呈現更高畫質,也讓熱愛玩多人對戰的手機玩家,享受更流暢又快速的遊戲體驗。

另一個最近備受關注的話題,也就是全球都在搶車用晶片,美光這款 3D NAND 應用到車子,主要是引擎被啟動後,能加速車載系統的反應速度。也就是車主一發動車子之後,車子的資訊系統立刻準備就緒,背後就是應用美光 3D NAND ONFI(Open NAND Flash Interface)匯流排,讓車子的資料傳輸率達到 1,600 MT/s,傳轉速度比目前市面車種再提高 33%,相信未來無人車也會在更多功能使用到美光的 176 層 NAND。

看完這麼多 176 層 3D NAND 的介紹,是不是顛覆你的認知,原來生活中使用到的硬碟,甚至手機、資料中心都需要仰賴如此深奧的儲存技術。而回頭想想從 3.5 磁碟片,裝一張照片就會爆的時代,到現在能儲存 30 小時高畫質電影,卻只有 ⅔ 頭髮厚度的176層晶粒,讓人不禁再一次讚嘆人類的智慧!
 

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