三星突破性研究：NAND闪存功耗大降96%

三星电子先进技术研究院（SAIT）的研究人员率先在全球范围内发现了一种机制，可将现有NAND闪存的功耗降低高达96%，有望为解决人工智能（AI）时代的电力危机做出贡献。

三星电子宣布，由SAIT和半导体研究所的34位研究人员共同撰写的题为“用于低功耗NAND闪存的铁电晶体管”的论文已发表在著名学术期刊《自然》上。

这项研究代表了一项基础性技术，它首次在全球范围内发现一种核心机制，与现有技术相比，利用铁电材料可将功耗降低高达96%。

这项研究是SAIT和半导体研究所34位研究人员的独立研发成果，他们共同撰写了该论文。SAIT公布的研究证实，通过结合铁电材料和氧化物半导体材料的NAND闪存结构，与现有技术相比，在单元串操作（NAND闪存中单元串联的结构）中，功耗最多可降低96%。

现有的NAND闪存通过向单元注入电子来存储数据，为了增加存储容量，必须增加单元（堆叠层）的数量。然而，由于NAND闪存的结构特性，信号需要依次通过串联的单元进行传输，因此随着堆叠层的增加，所需的电压也会升高，从而导致读写功耗增加。

因此，下一代NAND闪存的研究利用了铁电材料的特性，这种材料可以通过自发改变极化来存储信息，而无需向单元注入电子。然而，容量增加和功耗降低之间的权衡关系仍然没有得到解决。

三星电子SAIT的研究人员在氧化物半导体的固有特性中找到了解决这一问题的方案。氧化物半导体虽然普遍存在难以精确控制阈值电压的缺点，但其优势在于漏电流极低。研究人员首次在全球范围内发现，氧化物半导体难以控制阈值电压的特性，与铁电材料的极化控制效应相结合，可以作为核心机制，显著降低单元串运行所需的电压。

通过这一机制，他们验证了在保持每个单元5比特高容量（目前最高水平）的同时，功耗最多可降低96%。这被认为是通过材料开发和结构理解，克服了现有NAND闪存的结构限制。

该技术商业化后，有望提升从大型AI数据中心到移动和边缘AI系统等各个领域的能效。降低功耗可以降低数据中心的运营成本，并延长移动设备的电池续航时间。三星电子通过展示有助于开发革命性低功耗、高容量固态硬盘 (SSD) 的技术方向，确保了其未来的竞争力。

据市场研究公司Omdia预测，全球NAND闪存市场收入将从2024年的656亿美元增长到2029年的937亿美元，同期比特出货量预计将以年均17.7%的速度增长。（校对/赵月）