Samsung và NVIDIA hợp tác nghiên cứu Ferroelectric NAND, bước tiến hướng tới NAND 1.000 lớp

NVIDIA và Samsung đang mở rộng hợp tác vượt ra ngoài HBM dành cho GPU. Ngày 6/3, các nhà nghiên cứu từ Samsung Semiconductor Research, NVIDIA và Georgia Tech đã giới thiệu mô hình AI PINO (Physics-Informed Neural Operator), có khả năng phân tích hiệu năng của bộ nhớ ferroelectric NAND nhanh hơn 10.000 lần so với các phương pháp truyền thống, qua đó thúc đẩy mạnh mẽ hoạt động R&D cho thế hệ bộ nhớ tiếp theo, theo Sedaily.

Ferroelectric NAND, với khả năng đạt tới 1.000 lớp xếp chồng và giảm mức tiêu thụ điện năng tới 96%, đang nổi lên như một giải pháp bộ nhớ thế hệ mới nhằm giải quyết đồng thời bài toán thiếu hụt nguồn cung và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Tiềm năng mang tính đột phá này cũng lý giải vì sao NVIDIA, một công ty vốn nổi tiếng với GPU, lại tham gia vào hoạt động nghiên cứu và phát triển một công nghệ bộ nhớ tương lai chưa được thương mại hóa.

Ferroelectric NAND là gì?

Theo báo cáo, vật liệu ferroelectric có thể duy trì trạng thái phân cực mà không cần điện áp ngoài cao, cho phép electron di chuyển giữa các cực dương và âm để lưu trữ dữ liệu số 0 và 1. Trong khi đó, các vật liệu silicon truyền thống cần điện áp cao hơn để thực hiện quá trình này. Việc thay thế silicon bằng vật liệu ferroelectric có thể giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng.

Tiềm năng của vật liệu này đang thúc đẩy Samsung tăng cường đầu tư nghiên cứu. Theo dữ liệu từ Cơ quan Sở hữu Trí tuệ được Sedaily trích dẫn, Samsung hiện dẫn đầu thế giới về bằng sáng chế liên quan đến ferroelectric với 27,8% thị phần, vượt qua Intel, TSMC và SK hynix.

Tuy nhiên, việc thương mại hóa ferroelectric NAND đòi hỏi phải phân tích các đặc tính vật liệu phức tạp và tối ưu cấu trúc thiết bị. Vì vậy Samsung và NVIDIA đã cùng phát triển một công cụ AI có thể phân tích hiệu năng nhanh hơn 10.000 lần so với phương pháp truyền thống. Theo Sedaily, các mô phỏng TCAD thường dùng trong ngành có thể mất khoảng 60 giờ cho mỗi lần chạy, trong khi công cụ AI mới rút ngắn thời gian xuống dưới 10 giây.

Mở đường cho NAND 1.000 lớp

Hiện tại, công nghệ NAND của Samsung đang đạt mức xếp chồng khoảng 200-300 lớp. Ferroelectric được xem là chìa khóa để mở rộng quy mô lên 1.000 lớp trong tương lai.

Samsung được cho là đang hướng tới mục tiêu NAND 1.000 lớp vào khoảng năm 2030. Theo The Bell, công ty đã giới thiệu kiến trúc sản phẩm cho thế hệ NAND mới này vào cuối tháng 2 tại hội nghị International Solid-State Circuits Conference (ISSCC).

Thiết kế mới được xem như phiên bản nâng cấp của công nghệ Bonding Vertical (BV) NAND, cho phép xếp chồng 4 wafer gồm 2 wafer cell và 2 wafer peripheral nhằm vượt qua các giới hạn cấu trúc trước đây. Báo cáo cũng cho biết Kioxia đang theo đuổi hướng nghiên cứu tương tự với công nghệ có tên Multi-Stack CBA (CMOS directly Bonded to Array).