闪存技术如何发展 从35年演进历程 看未来存储趋势

你是否好奇过，手机为什么能存那么多照片和视频？电脑开机为何能如此迅速？这一切都离不开一项革命性的技术——闪存。1987年，日本工程师舛冈富士雄（Fujio Masuoka）在东芝公司发明了NAND闪存，至今已过去35年。这项技术彻底改变了数据存储的方式，从早期的数码相机到如今的智能手机、固态硬盘，闪存的身影无处不在。

闪存究竟是什么？

闪存是一种非易失性存储器，这意味着即使在断电的情况下，它也能长期保持数据不丢失。这与我们计算机中常见的内存（RAM）形成鲜明对比，后者一旦断电，所有数据就会消失。

闪存主要分为NOR型和NAND型两种。NOR型闪存更接近内存，允许随机访问，但成本较高、容量较小，常用于存储程序代码并在闪存内直接运行，手机就是其应用大户。NAND型闪存则更像硬盘，地址线和数据线共用，容量大、成本低，但通常按页读写、按块擦除，更适合大容量数据存储，我们常用的U盘、SD卡、固态硬盘（SSD）都属于此类。

闪存是如何工作的？

闪存的基本存储单元是浮栅MOSFET。数据以电荷的形式存储在浮栅中：

• 写入数据（编程）：向晶体管的控制栅和漏极施加较高电压，使电子通过绝缘层注入浮栅中。

• 擦除数据：施加反向电压，将浮栅中的电子驱散。

• 读取数据：通过检测流过晶体管的电流大小来判断浮栅中是否存储了电荷，从而确定存储的数据是0还是1。

由于擦除操作是以“块”为单位进行的，而且写入前需要先擦除，因此闪存，特别是NAND闪存，其写入机制与我们熟悉的内存直接覆盖写入有很大不同。

闪存经历了怎样的发展？

闪存的发展历程，是一部不断追求更高密度、更低成本、更优性能的技术演进史：

• 技术萌芽与发明（1967-1987）：1967年，贝尔实验室的江大原（Dawon Kahng）和施敏（Simon Sze）发明了浮栅MOSFET，为闪存奠定了基础。1971年，英特尔的Dov Frohman发明了可紫外光擦除的EPROM。1980年，舛冈富士雄博士在东芝发明了NOR闪存。1984年，他提出了“闪存”概念，并在1987年发明了NAND闪存结构，因其擦除速度像“闪光”一样快而得名。

• 初步商用与市场探索（1988-2000初）：1988年，英特尔推出了**商用闪存芯片。闪存*初主要用于BIOS存储、专业设备等特定领域。1991年，SunDisk（后更名为闪迪）推出了**基于闪存的20MB ATA SSD。整个90年代，随着数码相机、MP3播放器、早期PDA等消费电子产品的兴起，闪存开始走向更广阔的市场。

• 爆炸式增长与全面普及（2004至今）：2004年，NAND闪存的成本**低于DRAM，这成为闪存进军计算领域的关键转折点。2005年，苹果推出基于闪存的iPod shuffle和nano，极大地推动了闪存在消费市场的普及。2007年，初代iPhone发布，进一步将闪存带入移动互联网时代。2012年，三星推出了**3D NAND闪存，通过将存储单元立体堆叠起来，突破了2D平面微缩的物理极限，使闪存容量和可靠性再次飞跃。如今，3D NAND的堆叠层数已超过200层，QLC甚至PLC技术也在不断拓展容量边界。

为了更直观地了解闪存容量的演进，请看下表：

时间节点	典型闪存容量	大约可存储的内容（示例）	意义
20世纪90年代初	4MB	约1/8张数码照片（基于当时照片大小）	闪存容量起步阶段
2001年左右	1GB	约数百张照片或数小时音乐	大容量闪存芯片出现，存储能力显著提升
2022年	1.33TB	约39,000张照片或20,000首歌曲（以每首8MB计）	单颗芯片容量巨大，支撑海量数据存储需求

哪些因素推动了闪存发展？

闪存技术的飞速进步，是多种因素共同作用的结果：

• 市场需求驱动：智能手机、超薄笔记本电脑、数据中心等对大容量、高速度、低功耗、小体积存储的迫切需求，是*直接的推动力。

• 制程工艺进步：半导体制造工艺从微米级演进到纳米级，使得单位面积内能集成更多的存储单元，提升了存储密度。

• 架构创新：3D堆叠技术是近十年的核心突破。当平面微缩接近极限时，通过向上堆叠数十甚至数百层来增加容量，有效降低了单位容量的成本。

• 多级单元技术：从SLC（每单元存储1比特）到MLC（2比特）、TLC（3比特）、QLC（4比特），乃至正在探索的PLC（5比特），通过在每个存储单元中存放更多的比特数来大幅提升存储密度，降低成本，尽管这会一定程度上牺牲读写寿命和速度。

闪存的未来趋势如何？

闪存技术的发展仍未停歇，未来可能会呈现以下特点：

• 层数继续增加：3D NAND的堆叠层数将持续提升，1000层以上的堆叠或许是未来的研究方向之一，以期实现更高的存储密度。

• 新的存储技术：虽然闪存目前是主流，但业界也在探索存储级内存（SCM） 如英特尔傲腾（基于3D XPoint技术）、磁阻随机存取存储器（MRAM）、相变存储器（PCM） 等新型非易失存储介质，它们可能在特定领域（如**性能、超高耐久性）发挥作用。

• 更广泛的应用：随着人工智能（AI）、物联网（IoT）、自动驾驶、元宇宙等新技术和新应用的兴起，对数据存储的容量、速度和可靠性提出了更高要求，闪存将在其中扮演更关键的角色。

**视角：闪存的真正价值在于“重塑”

闪存的价值远不止于“存储”。它更深刻地重塑了产品的形态和我们的生活方式。如果没有闪存，我们可能不会有如此轻薄的智能手机、瞬间开机的笔记本电脑、**节能的数据中心，以及能够捕捉海量精彩瞬间的便携相机。它让“海量数据随身携带”成为可能，催生了全新的应用生态和用户体验。从舛冈富士雄博士的发明到全球数千亿美元规模的产业，闪存的发展诠释了一项基础技术的创新如何撬动整个数字世界的演进。未来，随着数据洪流持续涌动，闪存仍将是支撑数字文明发展的基石之一。