หน่วยความจำของโทรศัพท์มือถือ

โทรศัพท์ เหตุใดหน่วยความจำของ โทรศัพท์ มือถือ จึงมีขนาดใหญ่กว่าคอมพิวเตอร์ ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่น โทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ ได้กลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของเรามายาวนาน เมื่อซื้อโทรศัพท์มือถือหรือคอมพิวเตอร์ เรามักจะใส่ใจกับพารามิเตอร์หนึ่งตัวนั่นคือ หน่วยความจำ

หากคุณเปรียบเทียบขนาดของหน่วยความจำ โทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ คุณจะพบปัญหาหน่วยความจำของโทรศัพท์มือถือมักเป็น 128G, 256G หรือ 512G ในขณะที่หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์มีเพียง 8G หรือ 16G เหตุใดหน่วยความจำของโทรศัพท์มือถือ จึงมีขนาดใหญ่กว่าคอมพิวเตอร์มาก สิ่งนี้จะกล่าวถึงตัวเอกที่เราจะพูดถึงในวันนี้ หน่วยความจำแฟลช

1 หน่วยความจำแฟลชคืออะไร ในความเป็นจริงเราเข้าใจผิดเกี่ยวกับคำว่า หน่วยความจำของโทรศัพท์มือถือชื่อจริงของ หน่วยความจำของโทรศัพท์มือถือคือ หน่วยความจำแฟลช ซึ่งตรงกับหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำที่แท้จริงของโทรศัพท์มือถือคือ หน่วยความจำที่ใช้งาน ของมือถือโทรศัพท์ ในคอมพิวเตอร์พารามิเตอร์ที่เทียบเท่ากับสิ่งที่เราเรียกว่า หน่วยความจำของโทรศัพท์มือถือควรเป็นความจุของฮาร์ดดิสก์

หน่วยความจำและหน่วยความจำแฟลช เป็นหน่วยเก็บข้อมูลสองประเภทที่แตกต่างกันหน่วยความจำคือ DRAM Dynamic Random Access Memory ซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น เมื่อปิดเครื่องข้อมูลในนั้นจะหายไปเนื่องจาก คุณสมบัตินี้หน่วยความจำจัดเป็นหน่วยความจำที่ลบเลือน หน่วยความจำแฟลชและดิสก์แม่เหล็ก เป็นของหน่วยเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือน ลักษณะของที่เก็บข้อมูลประเภทนี้คือ ข้อมูลจะไม่สูญหายเมื่อถูกตัดไฟ และสามารถใช้สำหรับการจัดเก็บข้อมูลและการขนส่งได้

ความแตกต่างระหว่างดิสก์และหน่วยความจำแฟลชคืออะไร ดังที่เราเห็นดิสก์จะจัดเก็บข้อมูลบนพื้นผิวดิสก์แบบวงกลม และอาศัยหัวอ่านเขียนด้านบนสำหรับการอ่านและเขียนสิ่งนี้ ทำให้ดิสก์มีข้อบกพร่องที่ไม่สามารถแก้ไขได้ มีขนาดใหญ่และความเร็วในการอ่านและเขียนช้า เนื่องจากพื้นผิวดิสก์หมุนและ ไม่สามารถถอดโครงสร้างเชิงกลของหัวอ่านเขียนออกได้ เนื่องจากโครงสร้างทางกลนี้ดิสก์จึงเรียกว่า ฮาร์ดดิสก์เชิงกล การอ่านและเขียนข้อมูลยังต้องใช้หัวอ่านเขียน เพื่อย้ายไปที่พื้นที่จัดเก็บข้อมูล

หน่วยความจำแฟลชใช้วงจรรวมในการอ่านข้อมูล และกำหนดแอดเดรสโดยตรง เมื่อเทียบกับความเร็วในการอ่านและเขียนดิสก์ จะมีลำดับความสำคัญเพิ่มขึ้นและระดับเสียงจะลดลงอย่างมาก เนื่องจากไม่มีโครงสร้างเชิงกล และไม่มีพื้นผิวดิสก์ที่หมุนหน่วยความจำแฟลช เรียกอีกอย่างว่า SSD

หน่วยความจำ ที่โทรศัพท์มือถือของเราอ้างถึงคือ หน่วยความจำแฟลช สำหรับคอมพิวเตอร์ปริมาณดิสก์จำนวนมากสามารถทนได้ แต่สำหรับโทรศัพท์มือถือปริมาณของดิสก์นั้นร้ายแรงอย่างไม่ต้องสงสัย กล่าวได้ว่า หากไม่มีหน่วยความจำแฟลช ก็จะไม่มีการพัฒนาอุตสาหกรรมโทรศัพท์มือถือในปัจจุบัน หน่วยความจำแฟลช จึงกลายเป็นหนึ่งในสามอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญ ควบคู่ไปกับหน่วยความจำและซีพียู

2 ข้อมูลในหน่วยความจำแฟลชถูกจัดเก็บอย่างไร ในบทความก่อนหน้านี้เราได้กล่าวถึง ความสำคัญของหน่วยความจำแฟลชในที่นี้ ผมจะอธิบายหลักการของหน่วยความจำแฟลชในการจัดเก็บข้อมูล เรารู้ว่าข้อมูลคอมพิวเตอร์ทั้งหมดเป็นสตริงที่ประกอบด้วย 0 และ 1 หน่วยความจำแฟลชคือ อาร์เรย์ที่ใช้สัญญาณไฟฟ้าเพื่อเก็บสตริงของ 0 และ 1

โครงสร้างของหน่วยความจำแฟลชนั้นคล้ายกับมอสเฟต Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ซึ่งประกอบด้วยเกตและร่องลึก แตกต่างจาก mosfet เซลล์หน่วยความจำของหน่วยความจำแฟลช มีสองประตูคือประตูควบคุม CG ที่ด้านบนและประตูลอย FG ที่ด้านล่าง FG และร่องลึกด้านล่างถูกคั่นด้วยชั้นฉนวนออกไซด์ ซึ่งป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนเข้า FG จากการหลบหนี

เนื่องจากคุณสมบัตินี้จึงสามารถใช้ FG เพื่อเก็บข้อมูลได้เมื่อ FG จับอิเล็กตรอนเนื่องจากอิเล็กตรอน มีประจุลบสนามไฟฟ้าของอิเล็กตรอนใน FG จะหักล้างสนามไฟฟ้าของประตูควบคุมด้านบน เพื่อให้กระแสไฟฟ้าในร่องลึกลดลงซึ่งแสดงถึงบิต 0 เมื่อ FG อยู่ในสถานะเริ่มต้นนั่นคือ เมื่อไม่มีอิเล็กตรอนถูกจับกระแสจะไหลผ่านร่องด้านล่างซึ่งแสดงถึงบิต 1

ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น FG ถูกหุ้มฉนวนจากสภาพแวดล้อม ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงสามารถกักเก็บอิเล็กตรอนได้ แต่สิ่งนี้ยังทำให้เกิดคำถาม เราจะส่งอิเล็กตรอนผ่านชั้นฉนวนและเก็บไว้ใน FG ได้อย่างไร สิ่งนี้สามารถทำได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม กลศาสตร์ควอนตัมช่วยให้อนุภาคพลังงานสูงข้ามสิ่งกีดขวาง ซึ่งเป็นผลของการขุดอุโมงค์ควอนตัม เพื่อเปรียบเทียบพฤติกรรมนี้ตามสามัญสำนึกของเรา ไม่ว่าเราจะวิ่งเร็วแค่ไหนและไม่ว่าเราจะกระโดดสูงแค่ไหน เราก็ไม่สามารถข้ามกำแพงสูงได้ แต่สำหรับอิเล็กตรอนตราบใดที่มันวิ่งเร็ว พอกลศาสตร์ควอนตัมจะส่งผ่านผนังความเป็นไปได้ของการผ่าน

ชั้นฉนวนเป็นผนังสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ให้แรงดันไฟฟ้าแก่อิเล็กตรอนแม้ว่ามันจะเร่งความเร็วนั่นคือ ตราบใดที่เราใช้แรงดันไฟฟ้าที่มากพอที่ปลายทั้งสองด้านของชั้นฉนวนอิเล็กตรอน ส่วนหนึ่งก็จะข้ามชั้นฉนวนได้ ด้วยการควบคุมทิศทางของแรงดันไฟฟ้า ทำให้สามารถควบคุมการไหลเข้าและออกของอิเล็กตรอนใน FG เพื่อให้เกิดการเขียนไปยังหน่วยความจำแฟลช

3 หน่วยความจำแฟลชผลิตขึ้นได้อย่างไร ด้วยหน่วยเก็บข้อมูลของหน่วยความจำแฟลช เราสามารถจัดเรียงหน่วยความจำแฟลชให้เป็นอาร์เรย์ได้อย่างเป็นธรรมชาติ จากนั้นเราจะซ้อนอาร์เรย์ดังกล่าวทีละอาร์เรย์ แม้ว่าโครงสร้างของหน่วยความจำแฟลชที่เราใช้อยู่ในปัจจุบัน จะเป็นหน่วยความจำแฟลช 3D NAND

จำนวนชั้นของหน่วยความจำแฟลชที่เรากำลังพูดถึงคือ จำนวนชั้นของหน่วยความจำแฟลชชิป แน่นอนยิ่งมีเลเยอร์มากเท่าไหร่ หน่วยความจำแฟลชก็สามารถจัดเก็บข้อมูลได้มากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตามมีปัญหาในการเพิ่มจำนวนเลเยอร์นั่นคือ หน่วยความจำแฟลชไม่เพียงต้องการชิปแฟลช แต่ยังต้องใช้วงจรภายนอกในการอ่าน และเขียนเนื้อหาของหน่วยความจำแฟลชด้วย โครงสร้างหลายชั้นย่อมนำไปสู่ความซับซ้อนของวงจร และความซ้ำซ้อนลดความเร็วในการอ่านเขียนและความน่าเชื่อถือของหน่วยความจำแฟลช ซึ่งเป็นปัญหาอย่างหนึ่งในการผลิตหน่วยความจำแฟลช

ในเดือนเมษายนปีนี้ Yangtze River Storage ประกาศว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการพัฒนาชิปหน่วยความจำ QLC 128 ชั้นตัวแรกของโลกความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนี้คือ การนำเสนอวิธีแก้ปัญหาข้างต้นนั่นคือเทคโนโลยี Xtacking

โดยสรุปเทคโนโลยี Xtacking คือการแบ่งวงจรอุปกรณ์ต่อพ่วง และอาร์เรย์ของเซลล์ออกเป็นเวเฟอร์แยกกัน เพื่อผลิตแยกกันจากนั้นจึงตรึงแบบเห็นหน้ากัน ด้วยวิธีนี้ความสัมพันธ์ระหว่างวงจรภายนอก และอาร์เรย์จัดเก็บจึงเปลี่ยนจากการซ้อนระนาบเป็นการซ้อนแนวตั้ง ซึ่งจะช่วยประหยัดพื้นที่ลดความซับซ้อนของวงจร และได้รับความหนาแน่นในการจัดเก็บที่สูงขึ้น ในขณะเดียวกันความเร็วในการอ่านและเขียนยังได้รับการปรับปรุงด้วย ซึ่งทำให้ที่เก็บข้อมูลแม่น้ำแยงซีสามารถจัดเก็บข้อมูล 128 ชั้นได้

แม้ว่าจะเข้าใจง่าย แต่ความท้าทายที่เกิดจากการกำหนดค่าใหม่นี้ก็มีมากเช่นกัน ความต้านทานการเชื่อมต่อที่มากขึ้น การจับคู่ซ้อนทับระหว่างวงจรความผันผวนในระยะยาวของพื้นผิวการผสมพันธุ์ และความน่าเชื่อถือในระยะยาวล้วนเป็นประเด็นที่นักวิจัยต้องเผชิญ ความสำเร็จของการผลิตจำนวนมากนี้ ยังแสดงให้เห็นว่าปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขแล้ว ในมือของนักวิจัยการตระหนักถึงความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในเวลาอันสั้นนี้ ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการกำหนดค่า Xtacking เราหวังว่าจะได้รับการกำหนดค่า Xtacking ใน รุ่นต่อไปของหน่วยความจำในประสิทธิภาพ

4 ความสำคัญของการพัฒนาหน่วยความจำแฟลช 3D 128 ชั้น จีนเป็นผู้บริโภคเซมิคอนดักเตอร์รายใหญ่ที่สุด โดยใช้พลังงานถึง 45% ของการผลิตชิปของโลก แต่สิ่งที่ไม่สอดคล้องกับการบริโภคเซมิคอนดักเตอร์จำนวนมากของจีน คือจุดอ่อนของจีนในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การใช้ชิปมากกว่า 90% ขึ้นอยู่กับการนำเข้าผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่ใหญ่ที่สุด ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มีอยู่ 3ประเภท ได้แก่ ลอจิกซึ่งเป็นหน่วยประมวลผลกลางที่เราเรียกว่า CPU DRAM ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่เรากล่าวถึงข้างต้นและ NAND ซึ่งเป็นหน่วยความจำแฟลชในสามด้านนี้ จีนกำลังเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก จากการเริ่มต้นอุตสาหกรรมช้าและการผลิตชิปในประเทศที่ล้าหลัง

เรื่องราวอื่น ๆ ที่น่าสนใจ การเปิดตัว จรวด และการกู้คืนทั้ง 7ครั้ง