3D NAND克服了與2D平面NAND微縮有關(guān)的挑戰(zhàn)，在嵌入于智能手機(jī)等移動設(shè)備時(shí)，能夠大幅改善內(nèi)存級儲存，并因應(yīng)在儲存容量方面的巨大成長潛力，加速智能手機(jī)應(yīng)用的新時(shí)代來臨。

全球的智能手機(jī)用戶一直在不斷尋求更好的移動體驗(yàn)。他們不僅下載前所未有的更多應(yīng)用，而且還使用更復(fù)雜的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)在攝影、4K Ultra視頻的播放和錄制、電影串流、導(dǎo)航、影像擷取以及虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)/擴(kuò)增實(shí)境(AR)等方面的更多技術(shù)進(jìn)步。

在世界上的某些特定地區(qū)，智能手機(jī)是唯一與外界聯(lián)系的設(shè)備，因此，用戶對它們的依賴程度非常高，已經(jīng)習(xí)慣于讓手機(jī)完全地執(zhí)行并管理他們的日常生活。例如在擁有全球最大智能手機(jī)用戶群的中國，智能手機(jī)用戶們經(jīng)常使用先進(jìn)的在線支付服務(wù)——如支付寶(Alipay)和財(cái)付通(Tenpay)來支付賬單和管理財(cái)務(wù)，使用像微信(WeChat)等個人通訊服務(wù)來處理語音、視覺、文字和播送消息，甚至?xí)檬謾C(jī)預(yù)訂如滴滴出行(Didi Chuxing)等出租車服務(wù)，此類服務(wù)已經(jīng)覆蓋四百多座城市的四億用戶。

預(yù)計(jì)在未來，更多的智能手機(jī)應(yīng)用將產(chǎn)生難以想象的龐大數(shù)據(jù)量。消費(fèi)者利用這些下一代數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的能力，不斷要求智能手機(jī)必須具有極快反應(yīng)的系統(tǒng)級性能與更高容量，才能支持更大型檔案及其每天將會產(chǎn)生與擷取的龐大數(shù)據(jù)量。

2D NAND與3D NAND的比較

由于智能手機(jī)的儲存單元位于適合手機(jī)設(shè)備有限空間的小型半導(dǎo)體中，因而持續(xù)使用嵌入式閃存(flash)內(nèi)存來儲存和操作應(yīng)用和用戶數(shù)據(jù)。幾十年來，閃存一直基于2D平面的NAND技術(shù)，將儲存單元水平地布署在實(shí)際空間中，并受限于半導(dǎo)體芯片的‘x’和‘y’邊界。然而，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了其實(shí)際的微縮限制了，因此，在每一代產(chǎn)品中，提供越來越高容量、高性能的儲存產(chǎn)品變得日益困難。為此，3D NAND技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它采用創(chuàng)新的工藝架構(gòu)，能夠帶來比2D平面NAND更大的容量、更好的性能和更高的可靠性。

3D NAND是閃存領(lǐng)域的一個重大進(jìn)步，可望釋放巨大的儲存容量成長潛力。其布置在硅基板上的內(nèi)存單元能夠被移動到第三維空間，也就是在各個分層上以垂直方式堆棧，并且透過傳播電荷的導(dǎo)線進(jìn)行連接。

透過將儲存單元放置在多個分層上，就像摩天大樓的各個樓層一樣，這種垂直堆棧方式能夠在相同的實(shí)體空間中實(shí)現(xiàn)更大的儲存密度，而不受芯片邊界的限制，并且比2D平面NAND更可靠。此外，本文還將討論業(yè)界優(yōu)勢以及3D NAND如何在系統(tǒng)層級上提高應(yīng)用性能，從而有助于實(shí)現(xiàn)新一波智能手機(jī)應(yīng)用。

智能手機(jī)用戶基礎(chǔ)持續(xù)擴(kuò)大

智能手機(jī)已經(jīng)成為消費(fèi)者使用最頻繁的移動設(shè)備，對用戶來說也是最重要最關(guān)鍵的設(shè)備。用戶不僅透過語音、文字和互聯(lián)網(wǎng)與外界保持聯(lián)系，也使用手機(jī)來進(jìn)行娛樂、運(yùn)算、導(dǎo)航、交易、捕捉珍貴時(shí)刻等等。截至2016年，全球智能手機(jī)用戶數(shù)量已經(jīng)超過20億，預(yù)計(jì)到2020年將成長至將近30億。

智能手機(jī)用戶每天都增加更多，而且也期望會有更多的設(shè)備功能，這明顯表現(xiàn)在過去幾年來顯著提高的應(yīng)用程序(App)下載量(圖1)。

.在美國，2017年消費(fèi)者的移動App下載量(373億)將比2016年(292億)提高約28%，預(yù)計(jì)到2021年底還將增加100%(達(dá)到747億)。

.在亞太地區(qū)(APAC，包括擁有最大用戶群的中國)，2017年消費(fèi)者的移動App下載量(1177億)將比2016年(862億)提高約37%，預(yù)計(jì)到2021年底將增加69% (達(dá)到1989億)。

全球移動應(yīng)用程序(App)下載量(以區(qū)域計(jì)) (來源：Statista 2017)

隨著智能手機(jī)App的使用量繼續(xù)大幅增加，移動App的實(shí)際下載量也在不斷提高中——目前，移動應(yīng)用的平均大小在iOS系統(tǒng)中大約為38MB，而在Android系統(tǒng)中約有15MB。

目前應(yīng)用較為流行的智能手機(jī)App中，照片與視頻擷取應(yīng)用的使用量不斷上升——而且目前所擷取的內(nèi)容也明顯更加先進(jìn)和復(fù)雜。1小時(shí)長度的720p高分辨率(HD)視頻影片，以每秒30格(30f/s)的畫面播放的速度，需要大約3.5GB的儲存空間。而1小時(shí)1,080p的HD視頻，以30f/s的畫面播放速度時(shí)，需要大約7.6GB的儲存空間，而以60f/s的畫面播放速度需要大約11.7GB的儲存空間。1小時(shí)的4K超高解析(Ultra HD)視頻則需要大約21.9GB的儲存空間。此外，2016年第四季全球銷售的智能手機(jī)中，有將近44%都能夠錄制4K分辨率的視頻，而慢動作視頻需要的儲存容量通常比標(biāo)準(zhǔn)視頻更高8倍。

為了支持這些更高的儲存需求，并充份利用規(guī)模更大的下一代應(yīng)用，智能手機(jī)將需要反應(yīng)極為靈敏的系統(tǒng)級(芯片組和內(nèi)存)性能和更大的容量。過去支持16GB和32GB容量的智能手機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)被認(rèn)為不足了，因?yàn)樗麄冃阅艿?、容量小，無法支持當(dāng)今更動態(tài)的移動生活方式，從而為3D NAND閃存的應(yīng)用鋪路。

為消費(fèi)者帶來的好處

3D NAND以更低的每位成本因應(yīng)與2D平面NAND微縮有關(guān)的挑戰(zhàn)，并且提供更大的容量、更好的性能和更高的可靠性。用于開發(fā)3D NAND的制造工藝使得我們能夠采用更小尺寸的芯片，以便能將更大的電池安裝到相同的實(shí)體空間中，提供更長的設(shè)備使用壽命。

在3D NAND架構(gòu)中，每個內(nèi)存單元之間的空間比在傳統(tǒng)2D NAND架構(gòu)中更寬松，讓儲存設(shè)備能夠更快地寫入(或傳輸)數(shù)據(jù)。更寬松的單元空間還能夠減少同一個分層上每個相鄰3D NAND單元之間的噪聲和“單元對單元”(cell-to-cell)干擾，從而帶來比2D平面NAND架構(gòu)更高的儲存數(shù)據(jù)完整性。

儲存級性能的提升，有助于改善智能手機(jī)應(yīng)用的性能，并提供更強(qiáng)大的功能，例如更迅速的連續(xù)拍攝、更好的4K Ultra視頻播放或者更快的文件傳輸，從而支持新一輪的智能手機(jī)應(yīng)用。截至2017年底，全球采用3D NAND的儲存設(shè)備約占整體NAND使用量大約30%，預(yù)計(jì)到2019年底將占約66%，并將更快速滲透至移動設(shè)備應(yīng)用中。

支持下一代智能手機(jī)應(yīng)用

3D NAND在性能、儲存密度、可擴(kuò)展性和可靠性方面均有重大改善，非常適合目前正在開發(fā)的下一代智能手機(jī)應(yīng)用。許多獨(dú)特且有趣的應(yīng)用正在開發(fā)中，這將使未來的智能手機(jī)應(yīng)用更加令人興奮且更具有吸引力，這些都會推動對3D NAND的需求，以便儲存這些更大的檔案及其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。其中包括：

• 全息顯示—支持在智能手機(jī)視頻通話中使用3D全息影像來傳達(dá)肢體語言

• 人工智能—讓智能手機(jī)能夠了解用戶的個人偏好、興趣、日程等等，不僅能根據(jù)個性化信息提供移動設(shè)備體驗(yàn)，還可以不斷累積知識、模仿人的行為、理解真實(shí)場景

• 無人機(jī)模擬—透過仿真無人機(jī)的功能，將遺失的智能手機(jī)引導(dǎo)回合法的所有者手中

• 高階游戲—讓智能手機(jī)轉(zhuǎn)變成與PC類似的高階游戲設(shè)備

• 熱成像—把智能手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸挂暪δ艿臒岢上窆鈱W(xué)設(shè)備，提供類似于軍事人員和戶外運(yùn)動愛好者所使用的設(shè)備夜間模式功能

• 實(shí)時(shí)翻譯—讓智能手機(jī)能實(shí)時(shí)翻譯關(guān)鍵的語言，協(xié)助在出現(xiàn)語言障礙時(shí)促進(jìn)溝通交流，特別是有助于那些處于險(xiǎn)境的旅行者

• 360度視頻—讓配備360度相機(jī)的智能手機(jī)能夠創(chuàng)建出同時(shí)記錄各個方向景象的視頻，在此過程中，用戶可以控制每個景象，從而制作出動作片段和基本的VR類似體驗(yàn)

結(jié)語

3D NAND克服了與2D平面NAND微縮有關(guān)的挑戰(zhàn)——以更低的每位成本(在相同的實(shí)體空間上)實(shí)現(xiàn)了更高的密度，同時(shí)提供更大的容量、更好的性能和更高的可靠性。當(dāng)嵌入于智能手機(jī)等移動設(shè)備時(shí)，能夠大幅改善內(nèi)存級儲存，并因應(yīng)在儲存容量方面的巨大成長潛力，加速推動智能手機(jī)應(yīng)用的新時(shí)代來臨。