Фудзио Масуока

Фудзио Масуока (яп. 増岡 富士夫, англ. Fujio Masuoka; род. 8 мая 1943, префектура Ибараки, Япония) — японский инженер-электронщик, изобретатель, наиболее известный как создатель технологии флеш-памяти типа NOR (1984 год) и NAND (1987 год). Его работы в области полупроводниковых запоминающих устройств заложили основу для современных твердотельных накопителей (SSD), USB-флеш-накопителей, карт памяти и встроенной памяти мобильных устройств. Масуока является обладателем множества патентов и лауреатом ряда престижных международных премий в области инженерии.

Биография

Ранние годы и образование

Фудзио Масуока родился 8 мая 1943 года в городе Такахаги (префектура Ибараки, Япония). В 1966 году окончил факультет электротехники Университета Тохоку (г. Сендай), где получил степень бакалавра. В 1971 году там же защитил докторскую диссертацию (PhD) по электронной инженерии. В период обучения специализировался на физике полупроводников и проектировании интегральных схем.

Карьера в Toshiba (1971–1994)

В 1971 году Масуока поступил на работу в корпорацию Toshiba (в то время — Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.), где занялся разработкой статических оперативных запоминающих устройств (SRAM) и масочных ПЗУ. В 1977 году он перешёл в лабораторию Toshiba Semiconductor Research and Development Center, где сосредоточился на создании энергонезависимой памяти.

В 1984 году на Международной конференции по электронным устройствам (IEDM) в Сан-Франциско Масуока впервые представил прототип флеш-памяти типа NOR. В основе его изобретения лежал транзистор с плавающим затвором, который позволял хранить заряд без внешнего питания. В 1987 году он разработал более плотную и дешёвую архитектуру NAND, которая стала стандартом для массовых накопителей.

Несмотря на значимость открытий, руководство Toshiba не сразу оценило коммерческий потенциал флеш-памяти. Масуока покинул компанию в 1994 году, не получив за изобретение значительного материального вознаграждения.

Последующая деятельность

После ухода из Toshiba Масуока занимал профессорские должности в Университете Тохоку (1994–2000) и в Токийском университете науки (2000–2005). В 2005 году он основал собственную компанию «Masuoka Research Institute», занимающуюся консалтингом в области полупроводниковых технологий. В 2010-х годах он активно выступал с лекциями о развитии энергонезависимой памяти и критиковал патентную систему, которая, по его мнению, не защищает интересы изобретателей.

Изобретение флеш-памяти

Предпосылки

К началу 1980-х годов основными типами полупроводниковой памяти были:

• SRAM — быстрая, но энергозависимая и дорогая;
• DRAM — дешёвая, но требующая постоянной регенерации заряда;
• EPROM — энергонезависимая, но стираемая только ультрафиолетовым излучением;
• EEPROM — энергонезависимая, стираемая электрически, но медленная и с низкой плотностью записи.

Масуока поставил задачу создать память, сочетающую энергонезависимость EEPROM с высокой плотностью и скоростью, сопоставимой с DRAM.

Принцип работы

Основой флеш-памяти Масуоки является транзистор с плавающим затвором (floating-gate MOSFET). В отличие от обычного транзистора, у него есть два затвора: управляющий (control gate) и плавающий (floating gate), изолированный слоем диоксида кремния. Заряд, помещённый на плавающий затвор, сохраняется в течение многих лет без внешнего питания. Стирание данных происходит путём приложения высокого напряжения, которое вытягивает электроны с плавающего затвора через тонкий слой оксида (туннельный эффект Фаулера — Нордгейма).

Архитектуры NOR и NAND

• NOR-флеш (1984): позволяет произвольный доступ к каждой ячейке, что обеспечивает высокую скорость чтения. Используется для хранения кода (например, в BIOS, микроконтроллерах). Недостаток — относительно низкая плотность записи.
• NAND-флеш (1987): ячейки соединены последовательно в цепочки (страницы), что резко увеличивает плотность и снижает стоимость. Скорость чтения ниже, чем у NOR, но высокая скорость записи и стирания блоками. Стала основой для SSD, USB-накопителей и карт памяти.

Демонстрация и патентование

Первый действующий образец NOR-флеша Масуока продемонстрировал в 1984 году. Патент США № 4,531,203 был выдан в 1985 году. В 1987 году он представил NAND-архитектуру, запатентованную в 1988 году. Однако из-за бюрократических задержек Toshiba не смогла первой вывести продукт на рынок — в 1988 году Intel выпустила коммерческий чип NOR-флеша (28F256), а Toshiba — только в 1992 году.

Признание и награды

Основные награды

• 1997: Премия IEEE за вклад в развитие полупроводниковых приборов (IEEE Morris N. Liebmann Memorial Award).
• 2006: Премия Японского общества инженеров-электриков (IEEJ Achievement Award).
• 2013: Премия IEEE за инновации в области энергонезависимой памяти (IEEE Robert N. Noyce Award).
• 2014: Включение в Зал славы изобретателей Японии.
• 2018: Награда от Японского фонда науки и технологий (JST Award).

Критика патентной системы

Масуока неоднократно заявлял, что Toshiba выплатила ему лишь символическое вознаграждение за изобретение (около 10 млн иен, что на момент выплаты в 1990-х годах составляло примерно $100 000). В 2006 году он подал иск против Toshiba с требованием дополнительной компенсации, но проиграл дело. Этот случай стал предметом дискуссий о несовершенстве патентного права в Японии, где изобретатели, работающие по найму, часто не получают доли от прибыли от своих патентов.

Влияние на отрасль

Коммерциализация

Технология Масуоки легла в основу всех современных флеш-накопителей. К 2020-м годам глобальный рынок флеш-памяти оценивался в $100–150 млрд в год. Крупнейшие производители (Samsung, Kioxia (бывшая Toshiba Memory), Micron, SK Hynix) используют архитектуру NAND, изобретённую Масуокой.

Применение

• Твердотельные накопители (SSD) — замена жёстких дисков в персональных компьютерах и серверах.
• USB-флеш-накопители — портативные носители данных.
• Карты памяти (SD, microSD, CompactFlash) — для фотоаппаратов, смартфонов, видеокамер.
• Встроенная память — в смартфонах, планшетах, IoT-устройствах.
• Промышленная и военная электроника — благодаря устойчивости к ударам и вибрации.

Интересные факты

• Термин «флеш-память» (flash memory) был предложен коллегой Масуоки — Сёдзи Аридзуми — в 1984 году. Название отсылает к молниеносной скорости стирания данных (flash — вспышка).
• Масуока не является изобретателем самой концепции транзистора с плавающим затвором — она была предложена в 1967 году Донгом Каном и Саймоном Сзе из Bell Labs. Однако именно Масуока впервые адаптировал её для массового производства энергонезависимой памяти.
• В 2019 году, в возрасте 76 лет, Масуока объявил о работе над новой технологией «бистабильной памяти» (bistable memory), которая, по его утверждению, может превзойти NAND-флеш по плотности и энергопотреблению.

Критика и споры

• Недостаток признания при жизни: Масуока долгое время не получал широкого признания в Японии, где его достижения затмевались успехами корпораций. За рубежом его имя стало известно лишь в 2010-х годах.
• Спор о первенстве: Некоторые исследователи (например, сотрудники Intel) оспаривают приоритет Масуоки в создании NOR-флеша, указывая на более ранние разработки компании Intel. Однако большинство историков техники признают, что именно Масуока впервые продемонстрировал работающую интегральную схему с архитектурой NOR.
• Экологические последствия: Массовое производство флеш-памяти привело к росту электронных отходов, однако сам Масуока не комментирует эту проблему.

Источники

• Masuoka, F. (1984). "A New Flash EEPROM Cell Using Triple Polysilicon Technology". IEDM Technical Digest.
• Masuoka, F. (1987). "NAND Flash Memory Architecture". IEEE Journal of Solid-State Circuits.
• "Fujio Masuoka: The Man Who Invented Flash Memory". IEEE Spectrum, 2013.
• "The Flash Memory Revolution: How Fujio Masuoka Changed the World". Nikkei Electronics, 2014.
• Патент США № 4,531,203 (1985).
• Патент США № 4,819,206 (1988).