在某些地區(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)不間斷地運(yùn)行并管理他們的日常生活。中國擁有全球最大智能手機(jī)用戶群,這些用戶經(jīng)常使用高級在線支付服務(wù)(如Alipay(支付寶)和Tenpay(財(cái)付通))來支付賬單和管理財(cái)務(wù),使用個(gè)人通信服務(wù)(如微信)來處理語音、視頻、文字和群發(fā)消息,甚至?xí)檬謾C(jī)叫出租車(如滴滴出行),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,眾多智能手機(jī)應(yīng)用將產(chǎn)生難以置信的大量數(shù)據(jù)。消費(fèi)者利用這些下一代數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的能力將要求智能手機(jī)具有極高響應(yīng)性的系統(tǒng)級性能以及支持更大文件所必需的高容量;同時(shí),這種能力還依賴于智能手機(jī)每天產(chǎn)生和采集到的海量數(shù)據(jù)。
2D NAND 與 3D NAND 對比概述
智能手機(jī)繼續(xù)在使用嵌入式閃存來存儲和操作應(yīng)用數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù),因?yàn)槠浯鎯卧v留在適合手機(jī)設(shè)備有限空間的小型半導(dǎo)體中。幾十年來,閃存一直基于二維平面的NAND技術(shù),其將存儲單元水平地布置在物理空間中,因此受到半導(dǎo)體芯片的“x”和“y”邊界的限制。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了其實(shí)際的規(guī)模限制,因此,在每一代產(chǎn)品中,提供越來越大容量、越來越高性能的存儲已經(jīng)變得日益困難。所以3D
NAND技術(shù)應(yīng)需而生。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(gè)重大進(jìn)步,它有望釋放巨大的存儲容量增長潛力。其布置在硅底層上的存儲單元能夠被移動(dòng)到第三維空間,也就是在各個(gè)層面上進(jìn)行垂直堆疊,并且通過傳播電荷的導(dǎo)線進(jìn)行連接。通過將存儲單元放置在多個(gè)層面上,就像摩天大樓的各個(gè)樓層一樣,這種垂直堆疊方式能夠在相同的物理空間中實(shí)現(xiàn)更大的存儲密度,而不受芯片邊界的限制,并且比2D平面NAND更可靠(稍后討論)。其他討論要點(diǎn)包括行業(yè)優(yōu)勢以及3D
NAND如何在系統(tǒng)層次上提高應(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)用戶群持續(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(dòng)設(shè)備,對用戶也是最重要最關(guān)鍵的設(shè)備。用戶不僅通過語音、文字和互聯(lián)網(wǎng)與外界保持聯(lián)系,還要通過手機(jī)進(jìn)行娛樂、計(jì)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)量超過20億,預(yù)計(jì)到2020年將增長至將近30億。
每天都產(chǎn)生更多智能手機(jī)用戶,而且人們也對其設(shè)備期望更多,這明顯表現(xiàn)在過去幾年中顯著提高的應(yīng)用下載量(圖1)。
在美國,消費(fèi)者的移動(dòng)應(yīng)用下載量在2017年(373億)預(yù)計(jì)將比2016年(292億)提高約28%,而且到2021年底將增加100%(達(dá)到747億)。
在亞太地區(qū)(包括擁有最大用戶群的中國),消費(fèi)者的移動(dòng)應(yīng)用下載量在2017年(1177億)預(yù)計(jì)將比2016年(862億)提高約37%,而且到2021年底將增加69%(達(dá)到1989億)。
圖1:按地區(qū)劃分的全球移動(dòng)應(yīng)用下載量
(資料來源:Statista 2017)
隨著智能手機(jī)應(yīng)用的使用量繼續(xù)大幅增加,手機(jī)應(yīng)用下載的實(shí)際大小也在不斷提高 -- 目前,移動(dòng)應(yīng)用的平均大小在iOS系統(tǒng)中大約為38MB,在Android系統(tǒng)中大約為15MB。
目前應(yīng)用較為流行的智能手機(jī)App中,照片及視頻采集應(yīng)用的使用量不斷上升
--
而且目前所采集的內(nèi)容也明顯更加先進(jìn)和復(fù)雜。1小時(shí)長度的720p高清(HD)視頻,在每秒30幀的情況下,需要大約3.5GB的存儲空間。而一小時(shí)1080p的高清視頻,在每秒30幀的情況下,需要大約7.6GB的存儲空間,而在每秒60幀的情況下需要大約11.7GB的存儲空間。一小時(shí)4K
Ultra視頻需要大約21.9GB的存儲空間。此外,2016年第四季度全球銷售的智能手機(jī)中,將近44%能夠錄制4K分辨率的視頻,而慢動(dòng)作視頻需要的存儲容量通常比標(biāo)準(zhǔn)視頻高八倍。
為了支持更高的存儲需求,并充分利用規(guī)模更大的下一代應(yīng)用,智能手機(jī)將需要極為靈敏的系統(tǒng)級(芯片組和存儲器)性能和更大的容量。過去的16GB和32GB容量的智能手機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)被認(rèn)為不足,因?yàn)樗麄冃阅艿汀⑷萘啃?,無法支持當(dāng)今活躍的移動(dòng)生活方式
– 這為3D NAND閃存鋪平了道路。
為消費(fèi)者帶來的好處
3D
NAND以更低的每比特成本解決了與2D平面NAND縮放相關(guān)的挑戰(zhàn),并且提供了更大的容量、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,這樣便可以將更大的電池安裝到相同的物理空間中,從而提供更長的設(shè)備可用時(shí)間。
3D
NAND架構(gòu)中每個(gè)存儲單元之間的空間比傳統(tǒng)的2D
NAND架構(gòu)更寬松,從而支持存儲設(shè)備更快地寫入(或傳輸)數(shù)據(jù)。更寬松的單元空間還能夠減少同一個(gè)層面上每個(gè)相鄰3D
NAND單元之間的噪聲和“單元對單元”干擾,從而帶來比2D平面NAND架構(gòu)更高的存儲數(shù)據(jù)完整性。
存儲級性能的提高能夠改善智能手機(jī)應(yīng)用的性能,并提供更強(qiáng)大的功能,例如更迅速的多次拍攝、更好的4K
Ultra視頻播放或者更快的文件傳輸,這能夠支持新一輪的智能手機(jī)應(yīng)用(下一節(jié)將詳述)。采用3D
NAND的存儲設(shè)備到2017年底預(yù)計(jì)占NAND總消費(fèi)量的大約百分之三十,到2019年底將占約百分之六十六,并將在移動(dòng)設(shè)備中大量使用。
支持下一代智能手機(jī)應(yīng)用
3D
NAND在性能、存儲密度、可擴(kuò)展性和可靠性方面均有重大改進(jìn),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)特而有趣的應(yīng)用正在開發(fā)之中,這將使未來智能手機(jī)的使用更加令人興奮、更具有吸引力,這些都會推動(dòng)對3D
NAND的需求,以便存儲這些更大的文件以及它們所產(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全息圖來傳達(dá)肢體語言
人工智能 -- 使智能手機(jī)能夠了解用戶的個(gè)人偏好、興趣、日程等等,從而不僅可以根據(jù)個(gè)性化信息提供移動(dòng)設(shè)備體驗(yàn),而且還可以不斷積累知識、模仿人的行為、理解真實(shí)場景
無人機(jī)仿真 -- 通過模仿無人機(jī)的功能,可以將丟失的智能手機(jī)引導(dǎo)回合法的所有者手中
高端游戲 -- 使智能手機(jī)轉(zhuǎn)變成與PC類似的高端游戲設(shè)備
熱成像 -- 把智能手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐归g模式,也就是與軍事人員和戶外運(yùn)動(dòng)愛好者所使用的設(shè)備相類似的熱成像光學(xué)設(shè)備
實(shí)時(shí)翻譯 -- 使智能手機(jī)能夠?qū)﹃P(guān)鍵語言進(jìn)行實(shí)時(shí)翻譯,從而幫助存在語言障礙時(shí)進(jìn)行交流,特別是有助于那些處于險(xiǎn)境的旅行者
360度視頻 -- 使配備了360度攝像頭的智能手機(jī)能夠創(chuàng)建出同時(shí)記錄各個(gè)方向景象的視頻,在此過程中,用戶可以控制每個(gè)景象,從而能夠創(chuàng)建出動(dòng)作片段和基本的類似VR(虛擬現(xiàn)實(shí))的體驗(yàn)