前言

全球的智能手機用戶一直在不斷尋求更好的移動體驗。他們不僅下載比以往任何時候都更多的應(yīng)用，而且還使用更為復(fù)雜的應(yīng)用來支持攝影、4K Ultra視頻的播放和錄制、電影流式播放、導(dǎo)航、圖像采集以及虛擬現(xiàn)實（VR）/增強現(xiàn)實（AR）等方面更大的技術(shù)進步。

在某些地區(qū)，智能手機是唯一與外界聯(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)慣于讓手機不間斷地運行并管理他們的日常生活。中國擁有全球最大智能手機用戶群，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（財付通））來支付賬單和管理財務(wù)，使用個人通信服務(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)計在未來，眾多智能手機應(yīng)用將產(chǎn)生難以置信的大量數(shù)據(jù)。消費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，這種能力還依賴于智能手機每天產(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)，因為其存儲單元駐留在適合手機設(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。這項技術(shù)已經(jīng)達到了其實際的規(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)域的一個重大進步，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到第三維空間，也就是在各個層面上進行垂直堆疊，并且通過傳播電荷的導(dǎo)線進行連接。通過將存儲單元放置在多個層面上，就像摩天大樓的各個樓層一樣，這種垂直堆疊方式能夠在相同的物理空間中實現(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，從而有助于實現(xiàn)新一波智能手機應(yīng)用。

智能手機用戶群持續(xù)擴大

智能手機已經(jīng)成為消費者使用最頻繁的移動設(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，還要通過手機進行娛樂、計算、導(dǎo)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)量超過20億，預(yù)計到2020年將增長至將近30億。

每天都產(chǎn)生更多智能手機用戶，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，消費者的移動應(yīng)用下載量在2017年（373億）預(yù)計將比2016年（292億）提高約28％，而且到2021年底將增加100％（達到747億）。

·在亞太地區(qū)（包括擁有最大用戶群的中國），消費者的移動應(yīng)用下載量在2017年（1177億）預(yù)計將比2016年（862億）提高約37％，而且到2021年底將增加69％（達到1989億）。

圖1：按地區(qū)劃分的全球移動應(yīng)用下載量

（資料來源：Statista 2017）

隨著智能手機應(yīng)用的使用量繼續(xù)大幅增加，手機應(yīng)用下載的實際大小也在不斷提高 -- 目前，移動應(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)容也明顯更加先進和復(fù)雜。1小時長度的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中，將近44％能夠錄制4K分辨率的視頻，而慢動作視頻需要的存儲容量通常比標準視頻高八倍。

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容量的智能手機現(xiàn)在已經(jīng)被認為不足，因為他們性能低、容量小，無法支持當(dāng)今活躍的移動生活方式 – 這為3D NAND閃存鋪平了道路。

為消費者帶來的好處

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)備可用時間。

3D NAND架構(gòu)中每個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層面上每個相鄰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應(yīng)用的性能，并提供更強大的功能，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)計占NAND總消費量的大約百分之三十，到2019年底將占約百分之六十六，并將在移動設(shè)備中大量使用。

支持下一代智能手機應(yīng)用

3D NAND在性能、存儲密度、可擴展性和可靠性方面均有重大改進，非常適合目前正在開發(fā)的下一代智能手機應(yīng)用。許多獨特而有趣的應(yīng)用正在開發(fā)之中，這將使未來智能手機的使用更加令人興奮、更具有吸引力，這些都會推動對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 -- 支持在智能手機視頻通話中使用3D全息圖來傳達肢體語言

·人工智能 -- 使智能手機能夠了解用戶的個人偏好、興趣、日程等等，從而不僅可以根據(jù)個性化信息提供移動設(shè)備體驗，而且還可以不斷積累知識、模仿人的行為、理解真實場景

·無人機仿真 -- 通過模仿無人機的功能，可以將丟失的智能手機引導(dǎo)回合法的所有者手中

·高端游戲 -- 使智能手機轉(zhuǎn)變成與PC類似的高端游戲設(shè)備

·熱成像 -- 把智能手機轉(zhuǎn)變?yōu)橐归g模式，也就是與軍事人員和戶外運動愛好者所使用的設(shè)備相類似的熱成像光學(xué)設(shè)備

·實時翻譯 -- 使智能手機能夠?qū)﹃P(guān)鍵語言進行實時翻譯，從而幫助存在語言障礙時進行交流，特別是有助于那些處于險境的旅行者

·360度視頻 -- 使配備了360度攝像頭的智能手機能夠創(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，從而能夠創(chuàng)建出動作片段和基本的類似VR（虛擬現(xiàn)實）的體驗

小結(jié)

3D NAND解決了與2D平面NAND縮放相關(guān)的挑戰(zhàn) -- 以更低的每比特成本（在相同的物理空間上）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(dāng)嵌入到智能手機等移動設(shè)備中時，能夠大幅度改善內(nèi)存級存儲，并挖掘存儲容量方面的巨大增長潛力，而這將推動智能手機應(yīng)用新時代的到來。有關(guān)詳細信息，請參閱白皮書“西部數(shù)據(jù)公司與3D NAND革命”。

關(guān)于作者

Christopher Bergey

西部數(shù)據(jù)公司嵌入式和集成解決方案副總裁