Pamięć typu Flash

przedruk




Niech pamięć nim będzie nieulotna - Fujio Masuoka




Przez dekady Japonia była oskarżana o kopiowanie cudzych rozwiązań technicznych i sprzedawanie ich taniej niż oryginały. Gdy pojawił się japoński wynalazca, który wyprzedził swoim wynalazkiem USA, nie został należycie doceniony, a jego innowacje uważano za amerykańskie. Taki był los Fujio Masuoki, któremu po latach jednak oddano sprawiedliwość i należyte zasługi.


Urodził się podczas II wojny światowej w Takasaki w Japonii. Kiedy rozpoczął naukę w szkole średniej w swoim rodzinnym mieście, dołączył do szkolnego klubu miłosników fizyki i elektroniki. W wieku 10 lat zbudował podobno samodzielnie radioodbiornik. W szkole dowiedział się o nowym wynalazku pochodzącym ze Stanów Zjednoczonych - układzie scalonym. Zdobył punkty z matematyki na poziomie uniwersyteckim jeszcze w szkole średniej, co oczywiście pomogło mu w dostaniu się na wymarzone studia na renomowanym Uniwersytecie Tohoku. Tam szybko zdobywał kolejne tytuły w naukowej hierarchii, uzyskując doktorat w 1971 roku.

Flash, czyli pamięć szybka jak błysk

Wkrótce po ukończeniu studiów doktoranckich Masuoka dołączył do centrum badawczo-rozwojowego firmy Toshiba. W tamtym czasie firma ta ze szczególnym zainteresowaniem prowadziła badania nad rozwojem pamięci nieulotnych. Masuoka opowiadał później, że jednym z głównych bodźców dla jego firmy była prezentacja Intela na temat pamięci nieulotnych podczas International Solid-State Circuits Conference w 1970 roku. Jednym z największych wyzwań stojących przed branżą półprzewodników w latach 70. było znalezienie sposobu na zachowanie pamięci, tak aby nie znikała po każdym wyłączeniu zasilania. Inżynierowie uznawali, że tworzenie nieulotnej pamięci dla każdego bitu informacji jest zbyt uciążliwe. Masuoka zauważył, że informacje muszą być przechowywane w dużych partiach, a nie w pojedynczych bitach. Tak łatwiej było zaprojektować przechowywanie danych, ponieważ można to było zrobić za pomocą prostszych, bardziej kompaktowych obwodów.

Jednym z pierwszych wyzwań, z jakimi zmierzył się Masuoka w dziedzinie pamięci nieulotnych, była szybkość usuwania danych. W 1972 roku on i jego zespół wynaleźli tranzystor MOSFET typu SAMOS (stacked-gate avalanche-injection type). Wymazywanie pamięci wymagało rozładowania tranzystorów za pomocą światła UV lub elektrycznego odprowadzania ładunku. W 1976 zespół zaprezentował układ znacznie szybciej zapisujący i wymazujący dane. Do 1980 roku złożył wniosek o przyznanie podstawowych patentów na typ pamięci flash, znany obecnie jako pamięć flash typu NOR.

Chociaż światło ultrafioletowe (UV) zapewniało znaczne przyspieszenie kasowania pamięci, uważano je za czynnik ograniczający powszechne zastosowanie. Masuoka szukał sposobów wyeliminowania UV przy zachowaniu wydajności. W 1984 roku opublikował pracę dotyczącą pamięci flash typu EEPROM, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, która, jak czytamy „[kasowała komórki pamięci] za pomocą emisji elektronów z bramki pływającej do bramki kasującej w pamięci flash”. Nazwę „pamięć flash” Masuoka zawdzięcza koledze Shoji Ariizumi, który opisał proces kasowania jako odbywający się „w mgnieniu oka” jak błysk lampy w aparacie fotograficznym.

Po opracowaniu pamięci flash NOR Masuoka i jego współpracownicy zaprezentowali wynala-zek pamięci flash NAND na konferencji IEEE 1987 International Electron Devices Meeting (IEDM), która odbyła się w San Francisco. Firma Toshiba wprowadziła produkty wykorzystujące to ostatnie rozwiązanie na rynek w 1987 roku.

Kilkaset dolarów za wynalazek wart dziesiątki miliardów

Toshiba wypłaciła Masuoce kilkaset dolarów premii za wynalazek, jednak z pewnych powodów, które można wyjaśnić chyba tylko specyficzną japońską mentalnością, nie tylko nie eksponowała swojej roli jako firmy, w której powstały przełomowe rozwiązania, ale też nie honorowała szczególnie Masuoki. Wręcz przeciwnie próbowała go przenieść na inne stanowisko, co w jego własnej ocenie oznaczało degradację. Jednocześnie amerykański Intel szybko zaczął zarabiać miliardy dolarów na sprzedaży produktów wykorzystujących pamięć flash, opracowawszy na wieść o pracach Japończyków własną wersję tej techniki.

Sytuacja ta była tak kłopotliwa dla Toshiby, że aby zachować twarz, firma publicznie przyznała, że wynalazcą układów pamięci tego typu była firma Intel. Jednak Intel nie ukrywał japońskiego pochodzenia innowacji. W książce pamiątkowej z okazji 25-lecia firmy, opublikowanej w 1993 roku, Intel chwalił się nawet, że odwrócił schemat przekształcania amerykańskich wynalazków w produkty japońskie. W ciągu dekady stał się jednym z najbardziej dochodowych produktów Intela. W 1997 r. Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników w Nowym Jorku przyznał Masuoce nagrodę Morrisa N. Liebmana w uznaniu za wynalezienie pamięci flash podczas jego pracy w firmie Toshiba. Gdy przypomniano o tym firmie Toshiba, ta przyznała, że faktycznie pamięć flash to jej wynalazek, ale nie zdołała wykorzystać swojej początkowej przewagi.

Wprawdzie Masuoka kontynuował swoje badania w Toshibie i w 1988 roku zademonstrował pierwszy tranzystor MOSFET z otaczającą bramką (GAA), bardzo wczesne rozwiązanie tranzystora 3D, to jak opowiadał później w wywiadach, czuł się niedoceniony i pomijany przez swoją firmę. Stosunki w japońskich firmach są inne niż te, które znamy z europejskich czy amerykańskich korporacji. Odchodzenia, demonstracyjnego zwalniania się z firmy, w której pracowało się od lat, raczej się nie praktykuje, jednak Masuoka w końcu to zrobił, choć nie od razu.

W 1994 roku Masouka zdecydował się przyjąć posadę profesora, wykładowcy na swojej macierzystej uczelni, Uniwersytecie Tohoku. Prowadził tam własne laboratorium badawcze skupiające się na elektronice półprzewodnikowej. Podobno prosił kandydatów na studentów podczas rozmów kwalifikacyjnych, aby wyobrazili sobie jogging przy akompaniamencie całej kolekcji muzycznej zgromadzonej na małym urządzeniu przypiętym do ucha, dodając, że praca jego laboratorium pomoże to urzeczywistnić. Wtedy, w latach 90. rządził wciąż kasetowy walkman lub discman z CD-ROM-em. Odtwarzacze MP3 i smartfony były odległą o dekadę przyszłością.

...

Po jedenastu latach pracy na Uniwersytecie Tohoku, Masouka stanął na czele działu rozwoju firmy Unisantis Electronics, japońskiej firmy specjalizującej się w technologiach półprzewodnikowych tranzystorów z bramką otaczającą. 

W maju 2021 roku firma założona przez wynalazcę pamięci NAND, dr. Fujio Masuokę, podała, że opracowała technologię zastępującą pamięć DRAM o nazwie Dynamic Flash Memory (DFM), z odświeżaniem i kasowaniem bloków w trybie flash. Artykuł na temat DFM, „Dynamic Flash Memory with Dual Gate Surrounding Gate Transistor (SGT)”, został zaprezentowany na Międzynarodowych Warsztatach Pamięci IEEE (IMW). 

Unisantis ma ponad siedemset patetentów związanych z techniką SGT, z których największa część to wynalazki Masuoki, od czasów Toshiby dbającego o ochronę swoich własnych pomysłów. Wielu widzi w pracach nad bramką otaczającą przyszłość układów pamięci SRAM, DRAM, MRAM, RRAM/RERAM, obwodów logicznych i czujników obrazu CMOS.

Pamięć flash weszła do ogromnej liczby urządzeń elektronicznych, takich jak komputery, telefony komórkowe, aparaty fotograficzne, pendrive’y i karty pamięci. 

Mirosław Usidus

mlodytechnik.pl/technika/31658-niech-pamiec-nim-bedzie-nieulotna-fujio-masuoka