في 27 نوفمبر 2025، أعلن معهد سامسونج للتكنولوجيا المتقدمة (SAIT)، وهو مؤسسة بحثية شاملة تابعة لشركة سامسونج للإلكترونيات، أن فريقه نشر نتيجة مذهلة حول بنية فلاش NAND Flash جديدة في المجلة الدولية الرائدة الطبيعة. وفقًا للبحث، من خلال الجمع بين أشباه الموصلات الكهروضوئية و أشباه موصلات الأكسيدفإن خلية NAND الجديدة يمكن أن تحقق أكثر من 90% تخفيض الطاقة 90% أثناء عمليات السلسلة وتُظهر أيضًا قابلية عالية للتوسع وقدرة تخزين متعددة البتات. من المتوقع أن يكون لهذه التقنية تأثير عميق على كفاءة الطاقة في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي والأجهزة المحمولة.
بنية جديدة تحقق طاقة منخفضة للغاية وتخزين متعدد المستويات
ووفقًا لشركة Samsung SAIT، تستخدم بنية FeFET/Fe-NAND المقترحة في الورقة البحثية خصائص الاستقطاب للأغشية الرقيقة الكهروضوئية لتخزين البيانات. وهذا يقلل إلى حد كبير من الاعتماد على الجهد العالي وطاقة الكتابة الكبيرة التي تظهر في هياكل البوابة العائمة التقليدية أو مصيدة الشحن.
في الوقت نفسه، تتميز أشباه موصلات الأكسيد بتيار تسرب منخفض للغاية، مما يسمح لسلسلة NAND بالعمل مع ما يقرب من الصفر تمرير الجهد أثناء عمليات القراءة/الكتابة. يؤدي هذا المزيج المادي مباشرةً إلى انخفاض كبير في استهلاك الطاقة. تشير البيانات الموضحة في الورقة البحثية إلى أنه خلال عمليات السلسلة النموذجية، يمكن للهيكل الجديد تحقيق أكثر من 90% وما يصل إلى حوالي 96% وفورات في الطاقة.
والأمر الواعد أكثر من ذلك هو أن البنية الكهروضوئية تدعم بشكل طبيعي التخزين متعدد المستويات. تُظهر التجارب أنه يمكن أن يحقق ما يصل إلى 5 بتات لكل خليةمما يعني إمكانية زيادة كثافة التخزين في المستقبل ضمن مساحة محدودة، مما يعني إمكانية زيادة كثافة التخزين في المستقبل ضمن مساحة محدودة، بما يتطابق مع اتجاه QLC (4 بت) الحالي في الصناعة بل ويتفوق عليه.
ستستفيد مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي والأجهزة المحمولة بشكل كبير
يُنظر إلى هذه التقنية على أنها إضافة ثورية إلى بنيات NAND الحالية، خاصةً في الوقت الذي أصبح فيه استهلاك الطاقة عنق الزجاجة الرئيسي.
في مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، يتطلب تدريب النماذج والاستدلال عليها قراءة وكتابة مجموعات البيانات الضخمة بشكل متكرر، مما يجعل استهلاك طاقة التخزين يرتفع بشكل مطرد. إذا تمكنت وحدة Fe-NAND الجديدة من الوصول إلى الإنتاج الضخم بعد التطوير الهندسي، فإن خفض طاقة التشغيل 90% سيعزز بشكل مباشر من كفاءة الطاقة الإجمالية لمراكز البيانات، ويقلل من تكاليف الكهرباء، ويقلل من ضغط توليد الحرارة في مرافق الحوسبة الكبيرة.
في الأجهزة المحمولة والأجهزة المتطورة، ستؤدي المزايا في طاقة الكتابة والطاقة الاحتياطية إلى إطالة عمر البطارية ودعم معالجة الذكاء الاصطناعي الأكثر تعقيدًا على الجهاز، خاصةً للاستدلال دون اتصال بالإنترنت، ومهام الاستشعار المستمر، والتخزين المؤقت للبيانات ذات النطاق الترددي العالي.
وفي الوقت نفسه، تُعد الأجهزة الكهروضوئية مناسبة بطبيعة الحال أيضًا لـ الحوسبة في الذاكرة البنى، مما يوفر إمكانات للأجهزة العصبية.
تحديات هندسية متعددة يجب حلها قبل الإنتاج الضخم
على الرغم من أن نتائج الورقة البحثية مثيرة، إلا أن خبراء الصناعة يشيرون إلى أن المنتجات التجارية ستتطلب التغلب على العديد من العوائق الهندسية، بما في ذلك:
- توافق التصنيع: تحتاج عملية الترسيب والمعالجة الحرارية للأغشية الرقيقة الكهروضوئية - وتوافقها مع عمليات V-NAND ثلاثية الأبعاد الحالية - إلى مزيد من التحقق، خاصةً فيما يتعلق بالإنتاجية والاستقرار في الهياكل عالية التكديس.
- التحمل والاحتفاظ بالبيانات: تتطلب NAND التجارية دورات كتابة واحتفاظًا طويل الأجل للبيانات أكثر بكثير من التجارب الأكاديمية. يحتاج الأداء طويل الأجل للمواد الكهروضوئية في المصفوفات الكبيرة إلى مزيد من الاختبارات.
- اتساق الجهاز والتحكم في الأخطاء: تتميز البرمجة متعددة المستويات بصرامة شديدة في تحمل الضوضاء وتتطلب تحسينًا مشتركًا مع خوارزميات البرمجة على مستوى النظام وخوارزميات البرمجة على مستوى النظام.
- التكلفة والعائد: إن إدخال مواد جديدة وهياكل جديدة في خطوط الإنتاج الناضجة يجلب حتمًا تحديات في التكلفة ونوافذ العمليات وجودة الإنتاج الضخم.
ولهذه الأسباب، تعتقد الصناعة بشكل عام أنه على المدى القصير (1-3 سنوات)، قد تظهر عينات الرقائق أو المنتجات صغيرة الحجم أولاً في الأسواق ذات الأغراض الخاصة أو ذات القيمة العالية، في حين أن الدخول في التخزين الاستهلاكي أو تخزين المؤسسات السائد سيستغرق وقتًا أطول.
وعمومًا، فإن بنية Fe-NAND الجديدة التي أعلنت عنها شركة Samsung SAIT في الطبيعة يُظهر الاتجاه المستقبلي المحتمل لذاكرة NAND Flash: تحقيق تحسن كبير في كفاءة الطاقة دون التضحية بالسعة أو كثافة التخزين. إذا سار التقدم الهندسي المستقبلي بسلاسة، فقد تصبح هذه التقنية أساسًا رئيسيًا للجيل القادم من الذاكرة غير المتطايرة منخفضة الطاقة - وهو أمر مفيد بشكل خاص في عصر يعتمد على الذكاء الاصطناعي والاستهلاك العالي للطاقة.
