三星突破性研究：NAND閃存功耗大降96%

三星電子先進技術研究院（SAIT）的研究人員率先在全球范圍內發現了一種機制，可將現有NAND閃存的功耗降低高達96%，有望為解決人工智能（AI）時代的電力危機做出貢獻。

三星電子宣布，由SAIT和半導體研究所的34位研究人員共同撰寫的題為“用于低功耗NAND閃存的鐵電晶體管”的論文已發表在著名學術期刊《自然》上。

這項研究代表了一項基礎性技術，它首次在全球范圍內發現一種核心機制，與現有技術相比，利用鐵電材料可將功耗降低高達96%。

這項研究是SAIT和半導體研究所34位研究人員的獨立研發成果，他們共同撰寫了該論文。SAIT公布的研究證實，通過結合鐵電材料和氧化物半導體材料的NAND閃存結構，與現有技術相比，在單元串操作（NAND閃存中單元串聯的結構）中，功耗最多可降低96%。

現有的NAND閃存通過向單元注入電子來存儲數據，為了增加存儲容量，必須增加單元（堆疊層）的數量。然而，由于NAND閃存的結構特性，信號需要依次通過串聯的單元進行傳輸，因此隨著堆疊層的增加，所需的電壓也會升高，從而導致讀寫功耗增加。

因此，下一代NAND閃存的研究利用了鐵電材料的特性，這種材料可以通過自發改變極化來存儲信息，而無需向單元注入電子。然而，容量增加和功耗降低之間的權衡關系仍然沒有得到解決。

三星電子SAIT的研究人員在氧化物半導體的固有特性中找到了解決這一問題的方案。氧化物半導體雖然普遍存在難以精確控制閾值電壓的缺點，但其優勢在于漏電流極低。研究人員首次在全球范圍內發現，氧化物半導體難以控制閾值電壓的特性，與鐵電材料的極化控制效應相結合，可以作為核心機制，顯著降低單元串運行所需的電壓。

通過這一機制，他們驗證了在保持每個單元5比特高容量（目前最高水平）的同時，功耗最多可降低96%。這被認為是通過材料開發和結構理解，克服了現有NAND閃存的結構限制。

該技術商業化后，有望提升從大型AI數據中心到移動和邊緣AI系統等各個領域的能效。降低功耗可以降低數據中心的運營成本，并延長移動設備的電池續航時間。三星電子通過展示有助于開發革命性低功耗、高容量固態硬盤 (SSD) 的技術方向，確保了其未來的競爭力。

據市場研究公司Omdia預測，全球NAND閃存市場收入將從2024年的656億美元增長到2029年的937億美元，同期比特出貨量預計將以年均17.7%的速度增長。（校對/趙月）