Trong bối cảnh ngành bán dẫn tìm kiếm bước đột phá tiếp theo cho công nghệ lưu trữ, Samsung và NVIDIA đang mở rộng hợp tác sang lĩnh vực bộ nhớ tương lai. Hai công ty cùng các nhà nghiên cứu từ Georgia Tech đã giới thiệu mô hình AI có khả năng tăng tốc đáng kể quá trình phân tích và phát triển ferroelectric NAND, công nghệ được kỳ vọng sẽ mở đường cho các chip NAND lên tới 1.000 lớp.

Theo Sedaily, mô hình PINO (Physics-Informed Neural Operator) có thể phân tích hiệu năng của ferroelectric NAND nhanh hơn tới 10.000 lần so với các phương pháp mô phỏng truyền thống. Nhờ đó, quá trình nghiên cứu và tối ưu cấu trúc bộ nhớ thế hệ mới có thể được rút ngắn đáng kể.

Ferroelectric NAND: công nghệ bộ nhớ tiềm năng cho kỷ nguyên AI

Ferroelectric NAND được xem là một hướng đi mới cho ngành bộ nhớ khi có thể đạt quy mô 1.000 lớp xếp chồng và giảm mức tiêu thụ điện năng tới 96% so với các công nghệ hiện nay. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ dữ liệu và điện năng cho hạ tầng AI ngày càng tăng.

Khác với silicon truyền thống, vật liệu ferroelectric có thể duy trì trạng thái phân cực ngay cả khi không cần điện áp ngoài lớn. Nhờ đó, electron có thể di chuyển giữa các cực dương và âm để lưu trữ dữ liệu nhị phân 0 và 1 với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn đáng kể.

Tiềm năng của công nghệ này đang thúc đẩy Samsung tăng tốc đầu tư nghiên cứu. Theo dữ liệu về sở hữu trí tuệ được Sedaily dẫn lại, Samsung hiện nắm 27,8% số bằng sáng chế toàn cầu liên quan đến ferroelectric, dẫn đầu trước các đối thủ như Intel, TSMC và SK hynix.

AI rút ngắn quá trình nghiên cứu bộ nhớ

Một trong những thách thức lớn nhất của ferroelectric NAND là việc phân tích các đặc tính vật liệu phức tạp và tối ưu thiết kế chip. Trong ngành bán dẫn, các mô phỏng TCAD thường mất khoảng 60 giờ cho mỗi lần chạy.

Nhờ mô hình AI mới, quá trình này có thể rút ngắn xuống dưới 10 giây, giúp các nhà nghiên cứu thử nghiệm và tối ưu thiết kế nhanh hơn rất nhiều.

Hướng tới NAND 1.000 lớp vào năm 2030

Hiện tại, công nghệ NAND của Samsung đang đạt khoảng 200-300 lớp. Ferroelectric được xem là chìa khóa để tiếp tục mở rộng mật độ lưu trữ lên các thế hệ mới.

Theo The Bell, Samsung đang đặt mục tiêu phát triển NAND 1.000 lớp vào khoảng năm 2030 và đã giới thiệu kiến trúc cho công nghệ này tại hội nghị International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) vào cuối tháng 2.

Thiết kế mới được xem là phiên bản nâng cấp của công nghệ Bonding Vertical (BV) NAND, cho phép xếp chồng 4 wafer gồm hai wafer cell và hai wafer peripheral nhằm vượt qua các giới hạn cấu trúc hiện tại. Trong khi đó, Kioxia cũng đang nghiên cứu hướng tiếp cận tương tự với công nghệ Multi-Stack CBA (CMOS directly Bonded to Array).