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追求量子和太空時代快閃記憶體的潛力
透過記憶體技術打造具創造力的世界
2023 年 9 月 14 日
半導體記憶體已成為數位社會中各種尖端技術領域不可或缺的一部分。鎧俠集團正在開發可持續的快閃記憶體，可在低溫環境中穩定運作，使用壽命比傳統快閃記憶體更長，旨在實現在量子運算和未來航太應用中的部署。
儲存和處理大量資料的快閃記憶體挑戰
快閃記憶體技術的進步
隨著 AI、IoT 和大數據應用程式的廣泛使用，每天都會產生大量的數位資料。SSD (固態硬碟) 和 HDD (傳統硬碟) 用於資料中心和伺服器。SSD 在資料存取速度、功耗和硬體大小方面比 HDD 更具優勢，因此 SSD 已逐漸取代 HDD。我們透過「高度堆疊」的記憶體單元和「多階」儲存單元技術，增加用於 SSD 的快閃記憶體容量，進而增加單一記憶體單元可儲存的資料量。
參考連結：
對可在低溫環境中運作的記憶體的期望不斷增加
近年來，對記憶體的量子運算和航太應用的需求也不斷增長，這些記憶體需要能在低溫下運作 (接近絕對零度，即 -273.15°C)。量子電腦以約 10 mK 的速度運作 (略高於絕對零度，透過使用液態氦氣冷卻實現)。控制量子電腦以及記憶體和儲存裝置的 CPU 必須能夠在低溫環境下運作。在未來的航太應用中，用於衛星、行星探測和月球基地的電腦和電子設備，也需要能在這樣的溫度下運作。儘管對記憶體的期望不斷增加，但在學術會議或其他活動中，尚無報告指出快閃記憶體在這類裝置的低溫運作。
鎧俠集團的方法：
開發能在低溫下穩定運作的可持續快閃記憶體
低溫運作可提升儲存效能
鎧俠株式會社已成功以 77 K (液態氮的溫度) 運作 3D 快閃記憶體，並展現在低溫條件下可進一步提升儲存效能。快閃記憶體的資料保留特性獲得提升，讀取雜訊明顯降低。此外，可抑制重複寫入/清除操作所導致的退化。
全球首度展現每單元 7 位元快閃記憶體運作
在低溫環境中提升的儲存特性，也將推動多階儲存單元技術的量子躍進。目前正在量產中的多階儲存單元快閃記憶體，最高為每單元 4 位元；然而，鎧俠在全球首先展現了透過在低溫條件下運作能夠達到每單元 6 位元，而經過處理技術增強記憶單元特性後，更能達到每單元 7 位元。
參考連結：
可持續的記憶體技術
在最新的研究過程中，鎧俠透過使用退火 (熱處理) 技術，展現了可逆的每單元 7 位元運作，大幅降低快閃記憶體資料保留特性在長期運作下的效能退化 (圖 1)。
圖 1：在經過兩次 P/E 10 k 循環和回復退火後，以 epi-Si 通道在 77 K 下達到每單元 7 位元。
與合作夥伴共同開發：低溫冷卻系統
鎧俠與 Nagase Techno-Engineering Co. Ltd. 共同開發低溫冷卻系統 將記憶體模組放在真空腔體內的金屬板上進行冷卻 (圖 2)；即使考慮冷卻成本 (圖 3)，也可以降低每位元的成本。
未來前景
快閃記憶體的低溫運作預期會在量子運算和未來的航太應用中發揮用途。
例如，在量子電腦中，部署能夠在與量子位元相同的環境中運作的大容量記憶體，即能夠在低溫條件下運作，將可預期顯著的效能提升。在航太應用中，電子裝置將能夠在各種溫度範圍中運作，例如在月球表面上，並且具有較長的運作壽命。
此外，透過部署此技術，鎧俠將能夠使用與傳統高度堆疊不同的方法，提供更高容量的快閃記憶體，並將繼續開發使用壽命比傳統記憶體更長的可持續記憶體。
鎧俠集團將繼續開發新的記憶體技術，以實現其在新領域和應用中的部署。
