指甲盖大小的芯片里,能装下9000张自拍照、10小时高清视频或15000首歌曲——这背后是存储技术从“平房”到“摩天大楼”的进化。

智能手机存储空间总是不够用,拍几张高清照片、录段视频,内存就告急了。但你可能不知道,2017到2018年间,一种名为 “64层3D NAND”的技术正悄悄改变着我们的存储体验

镁光在消费级固态硬盘中首次使用这种技术时,带来了速度提升50%、存储密度翻倍却封装尺寸不变的突破-10


01 技术演进

从平面到立体的转变,是存储技术的一次革命。传统的NAND闪存就像在平面上建房子,想要容纳更多数据,只能把“房间”做得越来越小。

但物理定律给这种缩小设定了极限,于是行业开始思考:为什么不往高处建呢

这就是3D NAND的核心理念,镁光的64层3D NAND就是将存储单元像摩天大楼一样层层堆叠起来,达到了64层的高度-1

这种技术突破带来了实实在在的好处:单个芯片就能提供64GB的存储容量-1。换算成日常生活,就是能在社交媒体上发布9000多张照片,记录家庭美好回忆的10小时高清视频,或是日常生活中播放的15000多首歌曲-1

02 移动革命

2018年,镁光推出了适用于旗舰智能手机的64层3D NAND解决方案-3。这一动作恰好赶上了智能手机功能爆炸式增长的浪潮。

当时的手机正在集成人工智能、虚拟现实和面部识别等新功能,这些技术对数据访问速度提出了前所未有的要求-3

分析机构Gartner预测,到2022年,80%的智能手机将具有AI功能-3。这意味着手机需要在本地处理和存储更多数据,而不是完全依赖云端。

镁光的64层3D NAND技术提供了解决方案,它比上一代TLC 3D NAND速度快50%,存储密度高一倍,而封装尺寸却保持不变-6

03 实际产品

技术最终要落地到产品上才有意义。2017年12月,镁光发布了Crucial MX500系列固态硬盘,首次在消费级产品中采用64层3D TLC NAND闪存-10

这款产品的表现令人惊喜,测试显示其寿命比同样采用TLC闪存的三星850 EVO提升了一倍以上-10

MX500系列提供SATA和M.2两种版本,持续读写速度均可达510MB/s-10。对于普通消费者来说,这意味着更快的系统启动速度、更短的文件传输时间和更流畅的应用体验。

更令人印象深刻的是它的耐用性,250GB版本的数据写入量可达100TBW,而2TB版本更是达到了700TBW-10

04 工业与汽车应用

智能手机和消费级SSD只是镁光64层3D NAND技术应用的一部分。2018年,镁光推出了基于这一技术的汽车和工业级NVMe SSD,容量高达1TB-8

随着自动驾驶汽车的发展,车辆正在转变为一个移动的数据中心。2023年预计将有180万辆Level 3或更高级别的自动驾驶汽车,这些汽车需要高达1TB的存储空间用于3D地图、黑匣子记录、传感器数据等-8

镁光的2100系列SSD能够在-40°C至105°C的极端温度下工作,满足汽车和工业环境的严格要求-8

这种产品采用了端到端数据路径保护,并支持高耐久性的SLC分区,确保关键数据的安全可靠-8

05 技术细节

镁光64层3D NAND的成功不仅在于层数的增加,更在于创新的设计和架构。该技术采用了被称为“阵列下CMOS”的设计,将通常位于芯片旁边的逻辑电路移到了存储阵列下方-1

这种方法就像是把地铁系统建在摩天大楼下方,最大限度地利用了空间-1

镁光还在这些NAND设计中增加了更多“位面”,这类似于在洗车场增加清洗舱位,能够显著提高数据吞吐量-1

通过这些创新,镁光64层3D NAND技术在当时市场上实现了最高的每平方毫米GB密度和效率-1

基于32GB芯片的产品尺寸仅为59.341mm²,是当时业界最小的32GB TLC 3D NAND芯片-9

06 未来展望

存储技术的进步从未停止。从镁光64层3D NAND开始,行业继续向更高层数迈进。到了2025年,镁光已经开发出第九代3D NAND闪存,字线层数达到276层-4

技术的进步也带来了新的挑战。随着层数增加,存储单元之间的电干扰问题变得更加突出-4。为了解决这一问题,镁光在绝缘膜中引入了气隙,并将氮化膜限制在单元晶体管的栅极朝向部分-4

这种创新使编程时间比传统方法缩短了10%,相邻单元之间的耦合电容减少了约一半-4

更令人兴奋的是,未来可能会看到存储原理从“电荷陷阱”改为“铁电极化”-4。这种变化将显著降低工作电压,减少介质击穿的风险,为更高密度的3D NAND铺平道路-4


如今,搭载了先进存储芯片的智能手机已成为AI应用的最佳载体,自动驾驶汽车则依靠高可靠性存储记录每一秒的路况数据。那个曾经只能装在台式机里的硬盘技术,已经渗透到数字生活的每一个角落

从手机里的几张自拍到汽车自动驾驶的庞大数据流,镁光64层3D NAND及其后续技术,正以毫米级的物理尺度,支撑起人类庞大的数字记忆。

网友提问与回答

网友“科技爱好者小明”提问:我听说现在最新的3D NAND已经有超过200层了,那镁光当年这个64层技术现在还有什么实际价值吗?

说实话,这问题问得太有水平了!就像问“现在都有智能手机了,当年的大哥大还有什么价值”一样。镁光64层3D NAND的价值可不是随便就能被时间抹去的。

首先得明白,这是从2D平面到3D立体堆叠的关键转折点。正是这一代技术证明了3D堆叠的可行性,才有了后来200层、300层的突破-1。它解决了当时存储密度遇到的物理极限问题,就像第一个造出三层楼的人,为后来的摩天大楼奠定了基础。

而且啊,很多我们现在觉得理所当然的功能,都是靠这类技术才成为可能的。比如说,你现在能用手机拍4K视频、玩需要大量数据交换的手游,甚至手机上的人工智能功能,都离不开高速大容量的存储支持-3。镁光64层3D NAND当年比上一代产品快50%,这个提速对用户体验的影响是实实在在的-6

还有一点可能很多人没想到:很多工业、汽车领域的设备生命周期很长,它们可能还在使用基于这些“较老”但成熟可靠的技术的产品。比如汽车上的存储系统,稳定性和可靠性比纯粹追求最新技术更重要-8

网友“硬件发烧友小王”提问:我在考虑升级我的旧电脑,看到有些廉价的SSD还在用类似的技术,这种存储产品现在还值得买吗?

兄弟,这个问题我得给你掰扯清楚!首先啊,不是所有“旧技术”都等于“落后技术”。镁光64层3D NAND虽然已经不是最前沿的,但对于大多数日常使用场景来说,它提供的性能已经绰绰有余了

想想看,当年基于这技术的MX500 SSD,持续读写速度都能达到510MB/s-10。这个速度对于开机、运行普通软件、玩游戏加载场景来说,已经足够快了。除非你是整天需要传输超大文件的专业用户,否则很难感觉到和最新产品的区别。

而且,这类产品有个最大的优势——性价比高!新技术刚出来时价格都虚高,而相对成熟的技术往往能以更实惠的价格提供可靠的性能。就像买车,最新款当然炫酷,但上一代车型优惠大、问题少,对很多人来说其实是更明智的选择。

还有耐用性,这也是很重要的考量因素。当年测试显示,采用这类技术的SSD寿命表现相当不错,2TB版本的数据写入量能达到700TBW-10。对于普通用户来说,这个耐用性完全足够了。

当然啦,如果你预算充足,追求极致性能,或者有特殊的工作需求,那最新技术肯定更好。但对大多数想给旧电脑升级、追求性价比的用户来说,基于这类成熟技术的产品依然是很好的选择。

网友“学生党小雨”提问:我学计算机的,老师提到过3D NAND,但不太理解它具体是怎么工作的,能简单解释一下吗?

同学你这问题问对人了!我用最简单的话给你讲讲3D NAND是咋回事。想象一下,传统的闪存就像在一块平地上盖平房,想要住更多人(存更多数据),只能把房间盖得小一点、密一点。但房间太小就没法住人了,这就遇到了物理极限。

3D NAND的思路不一样,它不是拼命缩小房间,而是往高处盖楼!镁光的64层3D NAND就像盖了64层高的大楼,在同样大小的地面上,能住的人(存的数据)自然就多多了-1

这里面最巧妙的设计之一叫“阵列下CMOS”。简单说,就是把楼梯、电梯、水管这些辅助设施(在芯片里是逻辑电路)放到了大楼的地下部分,这样地面以上的空间就能全部用来盖住房(存储单元)了-1。这个设计让芯片在同样面积下能塞进更多存储单元。

还有啊,这种技术不只是堆叠层数那么简单。就像高楼需要解决供水、供电问题一样,3D NAND也要解决数据怎么快速上下楼的问题。镁光当时增加了“位面”数量,就像在大楼里多装了几部高速电梯,让数据能更快地进出-1

你现在用的手机能存那么多照片、视频,电脑开机那么快,都跟这项技术有关系。它虽然听起来很高科技,但其实解决的是一个很实际的问题:如何在有限空间内存放更多数据,并且能快速访问这些数据。从64层到现在200多层,这个“盖楼”比赛还在继续,目标是在指甲盖大小的芯片里放下整个图书馆的信息!