3D NAND克服了與2D平面NAND微縮有關的挑戰(zhàn)，在嵌入于智能手機等移動設備時，能夠大幅改善內(nèi)存級儲存，并因應在儲存容量方面的巨大成長潛力，加速智能手機應用的新時代來臨。
全球的智能手機用戶一直在不斷尋求更好的移動體驗。他們不僅下載前所未有的更多應用，而且還使用更復雜的應用，以實現(xiàn)在攝影、4K Ultra視頻的播放和錄制、電影串流、導航、影像擷取以及虛擬現(xiàn)實(VR)/擴增實境(AR)等方面的更多技術進步。
在世界上的某些特定地區(qū)，智能手機是唯一與外界聯(lián)系的設備，因此，用戶對它們的依賴程度非常高，已經(jīng)習慣于讓手機完全地執(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用戶群的中國，智能手機用戶們經(jīng)常使用先進的在線支付服務——如支付寶(Alipay)和財付通(Tenpay)來支付賬單和管理財務，使用像微信(WeChat)等個人通訊服務來處理語音、視覺、文字和播送消息，甚至會利用手機預訂如滴滴出行(Didi Chuxing)等出租車服務，此類服務已經(jīng)覆蓋四百多座城市的四億用戶。
預計在未來，更多的智能手機應用將產(chǎn)生難以想象的龐大數(shù)據(jù)量。消費者利用這些下一代數(shù)據(jù)密集型應用的能力，不斷要求智能手機必須具有極快反應的系統(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
由于智能手機的儲存單元位于適合手機設備有限空間的小型半導體中，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，將儲存單元水平地布署在實際空間中，并受限于半導體芯片的‘x’和‘y’邊界。然而，這項技術已經(jīng)達到了其實際的微縮限制了，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技術應運而生。它采用創(chuàng)新的工藝架構，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是閃存領域的一個重大進步，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線進行連接。
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體空間中實現(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)層級上提高應用性能，從而有助于實現(xiàn)新一波智能手機應用。
智能手機用戶基礎持續(xù)擴大
智能手機已經(jīng)成為消費者使用最頻繁的移動設備，對用戶來說也是最重要最關鍵的設備。用戶不僅透過語音、文字和互聯(lián)網(wǎng)與外界保持聯(lián)系，也使用手機來進行娛樂、運算、導航、交易、捕捉珍貴時刻等等。截至2016年，全球智能手機用戶數(shù)量已經(jīng)超過20億，預計到2020年將成長至將近30億。
智能手機用戶每天都增加更多，而且也期望會有更多的設備功能，這明顯表現(xiàn)在過去幾年來顯著提高的應用程序(App)下載量(圖1)。
.在美國，2017年消費者的移動App下載量(373億)將比2016年(292億)提高約28%，預計到2021年底還將增加100%(達到747億)。
.在亞太地區(qū)(APAC，包括擁有最大用戶群的中國)，2017年消費者的移動App下載量(1177億)將比2016年(862億)提高約37%，預計到2021年底將增加69% (達到1989億)。
全球移動應用程序(App)下載量(以區(qū)域計) (來源：Statista 2017)
隨著智能手機App的使用量繼續(xù)大幅增加，移動App的實際下載量也在不斷提高中——目前，移動應用的平均大小在iOS系統(tǒng)中大約為38MB，而在Android系統(tǒng)中約有15MB。
目前應用較為流行的智能手機App中，照片與視頻擷取應用的使用量不斷上升——而且目前所擷取的內(nèi)容也明顯更加先進和復雜。1小時長度的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1,080p的HD視頻，以30f/s的畫面播放速度時，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準視頻更高8倍。
為了支持這些更高的儲存需求，并充份利用規(guī)模更大的下一代應用，智能手機將需要反應極為靈敏的系統(tǒng)級(芯片組和內(nèi)存)性能和更大的容量。過去支持16GB和32GB容量的智能手機現(xiàn)在已經(jīng)被認為不足了，因為他們性能低、容量小，無法支持當今更動態(tài)的移動生活方式，從而為3D NAND閃存的應用鋪路。
為消費者帶來的好處
3D NAND以更低的每位成本因應與2D平面NAND微縮有關的挑戰(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體空間中，提供更長的設備使用壽命。
在3D NAND架構中，每個內(nèi)存單元之間的空間比在傳統(tǒng)2D NAND架構中更寬松，讓儲存設備能夠更快地寫入(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應用的性能，并提供更強大的功能，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應用。截至2017年底，全球采用3D NAND的儲存設備約占整體NAND使用量大約30%，預計到2019年底將占約66%，并將更快速滲透至移動設備應用中。
支持下一代智能手機應用
3D NAND在性能、儲存密度、可擴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)的下一代智能手機應用。許多獨特且有趣的應用正在開發(fā)中，這將使未來的智能手機應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—支持在智能手機視頻通話中使用3D全息影像來傳達肢體語言
• 人工智能—讓智能手機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備體驗，還可以不斷累積知識、模仿人的行為、理解真實場景
• 無人機模擬—透過仿真無人機的功能，將遺失的智能手機引導回合法的所有者手中
• 高階游戲—讓智能手機轉變成與PC類似的高階游戲設備
• 熱成像—把智能手機轉變?yōu)榫哂幸挂暪δ艿臒岢上窆鈱W設備，提供類似于軍事人員和戶外運動愛好者所使用的設備夜間模式功能
• 實時翻譯—讓智能手機能實時翻譯關鍵的語言，協(xié)助在出現(xiàn)語言障礙時促進溝通交流，特別是有助于那些處于險境的旅行者
• 360度視頻—讓配備360度相機的智能手機能夠創(chuàng)建出同時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
結語
3D NAND克服了與2D平面NAND微縮有關的挑戰(zhàn)——以更低的每位成本(在相同的實體空間上)實現(xiàn)了更高的密度，同時提供更大的容量、更好的性能和更高的可靠性。當嵌入于智能手機等移動設備時，能夠大幅改善內(nèi)存級儲存，并因應在儲存容量方面的巨大成長潛力，加速推動智能手機應用的新時代來臨。
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