三星電子先進(jìn)技術(shù)研究院（SAIT）的研究人員率先在全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制，可將現(xiàn)有NAND閃存的功耗降低高達(dá)96%，有望為解決人工智能（AI）時代的電力危機(jī)做出貢獻(xiàn)。

三星電子宣布，由SAIT和半導(dǎo)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(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

這項研究代表了一項基礎(chǔ)性技術(shù)，它首次在全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種核心機(jī)制，與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用鐵電材料可將功耗降低高達(dá)96%。

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

現(xiàn)有的NAND閃存通過向單元注入電子來存儲數(shù)據(jù)，為了增加存儲容量，必須增加單元（堆疊層）的數(shù)量。然而，由于NAND閃存的結(jié)構(gòu)特性，信號需要依次通過串聯(lián)的單元進(jìn)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(dǎo)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(fā)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(quán)衡關(guān)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(dǎo)體的固有特性中找到了解決這一問題的方案。氧化物半導(dǎo)體雖然普遍存在難以精確控制閾值電壓的缺點，但其優(yōu)勢在于漏電流極低。研究人員首次在全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)，氧化物半導(dǎo)體難以控制閾值電壓的特性，與鐵電材料的極化控制效應(yīng)相結(jié)合，可以作為核心機(jī)制，顯著降低單元串運行所需的電壓。

通過這一機(jī)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(rèn)為是通過材料開發(fā)和結(jié)構(gòu)理解，克服了現(xiàn)有NAND閃存的結(jié)構(gòu)限制。

該技術(shù)商業(yè)化后，有望提升從大型AI數(shù)據(jù)中心到移動和邊緣AI系統(tǒng)等各個領(lǐng)域的能效。降低功耗可以降低數(shù)據(jù)中心的運營成本，并延長移動設(shè)備的電池續(xù)航時間。三星電子通過展示有助于開發(fā)革命性低功耗、高容量固態(tài)硬盤 (SSD) 的技術(shù)方向，確保了其未來的競爭力。

據(jù)市場研究公司Omdia預(yù)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(yù)計將以年均17.7%的速度增長。（校對/趙月）