Am 27. November 2025 gab das SAIT (Samsung Advanced Institute of Technology), die umfassende Forschungsorganisation von Samsung Electronics, bekannt, dass sein Team ein bahnbrechendes Ergebnis zu einer neuen NAND-Flash-Architektur in der führenden internationalen Fachzeitschrift veröffentlicht hat Natur. Der Forschung zufolge wird durch die Kombination ferroelektrische Halbleiter und Oxid-Halbleiterkann die neue NAND-Zelle Folgendes erreichen über 90% Leistungsreduzierung während der String-Operationen und weist außerdem eine hohe Skalierbarkeit und Multibit-Speicherfähigkeit auf. Es wird erwartet, dass diese Technologie einen großen Einfluss auf die Energieeffizienz von KI-Rechenzentren und mobilen Geräten haben wird.
Neue Architektur ermöglicht extrem niedrigen Stromverbrauch und Speicherung auf mehreren Ebenen
Nach Angaben von Samsung SAIT nutzt die in der Arbeit vorgeschlagene FeFET/Fe-NAND-Struktur die Polarisationseigenschaften ferroelektrischer Dünnschichten zur Datenspeicherung. Dadurch wird die Abhängigkeit von hoher Spannung und großer Schreibenergie, wie sie bei herkömmlichen Floating-Gate- oder Charge-Trap-Strukturen auftritt, erheblich reduziert.
Gleichzeitig weisen Oxid-Halbleiter einen extrem niedrigen Leckstrom auf, so dass der NAND-String mit nahezu Null betrieben werden kann. Durchgangsspannung bei Lese-/Schreibvorgängen. Diese Materialkombination führt direkt zu einem enormen Rückgang des Energieverbrauchs. Die in dem Papier dargestellten Daten zeigen, dass die neue Struktur bei typischen String-Operationen Folgendes erreichen kann mehr als 90% und bis zu etwa 96% Energieeinsparungen.
Noch vielversprechender ist, dass die ferroelektrische Struktur die Speicherung auf mehreren Ebenen unterstützt. Experimente zeigen, dass sie bis zu 5 Bits pro ZelleDas bedeutet, dass die künftige Speicherdichte auf begrenzter Fläche erhöht werden kann und die derzeitige QLC (4-Bit)-Richtung der Branche erreicht oder sogar übertrifft.
KI-Rechenzentren und mobile Geräte werden davon stark profitieren
Diese Technologie wird als bahnbrechende Ergänzung zu den derzeitigen NAND-Architekturen angesehen, insbesondere in einer Zeit, in der der Stromverbrauch zu einem großen Engpass geworden ist.
In KI-Rechenzentren erfordern Modelltraining und Inferenz häufiges Lesen und Schreiben riesiger Datensätze, wodurch der Stromverbrauch des Speichers stetig steigt. Wenn der neue Fe-NAND-Speicher nach der technischen Entwicklung die Massenproduktion erreichen kann, wird seine 90%-Betriebsleistungsreduzierung die Gesamtenergieeffizienz von Rechenzentren direkt steigern, die Stromkosten senken und den Druck durch die Wärmeerzeugung in großen Rechenanlagen verringern.
In mobilen und Edge-Geräten werden die Vorteile bei der Schreib- und Standby-Leistung die Akkulaufzeit verlängern und komplexere geräteinterne KI-Verarbeitung unterstützen, insbesondere für Offline-Inferenz, kontinuierliche Erfassungsaufgaben und Datencaching mit hoher Bandbreite.
Inzwischen eignen sich ferroelektrische Bauelemente natürlich auch für künftige speicherinterne Berechnungen Architekturen, die Potenzial für neuromorphe Hardware bieten.
Vor der Massenproduktion müssen mehrere technische Herausforderungen gelöst werden
Obwohl die Ergebnisse der Studie sehr interessant sind, weisen Branchenexperten darauf hin, dass für kommerzielle Produkte mehrere technische Hindernisse überwunden werden müssen, u. a:
- Kompatibilität bei der Herstellung: Die Abscheidung und thermische Verarbeitung ferroelektrischer Dünnschichten - und ihre Kompatibilität mit bestehenden 3D-V-NAND-Prozessen - müssen weiter validiert werden, insbesondere im Hinblick auf die Ausbeute und Stabilität in High-Stack-Strukturen.
- Ausdauer und Datenspeicherung: Kommerzielles NAND erfordert weitaus mehr Schreibzyklen und langfristige Datenspeicherung als akademische Experimente. Die langfristige Leistung ferroelektrischer Materialien in großen Arrays muss weiter getestet werden.
- Gerätekonsistenz und Fehlerkontrolle: Die Multi-Level-Programmierung hat eine extrem hohe Rauschtoleranz und erfordert eine gemeinsame Optimierung mit ECC- und System-Level-Programmieralgorithmen.
- Kosten und Ertrag: Die Einführung neuer Materialien und neuer Strukturen in ausgereifte Produktionslinien bringt unweigerlich Herausforderungen in Bezug auf Kosten, Prozessfenster und Massenproduktionsqualität mit sich.
Aus diesen Gründen geht die Branche im Allgemeinen davon aus, dass kurzfristig (in 1 bis 3 Jahren) Musterchips oder Produkte in kleinem Maßstab zuerst auf Spezial- oder hochwertigen Märkten erscheinen werden, während der Eintritt in den Mainstream-Speicher für Verbraucher oder Unternehmen länger dauern wird.
Insgesamt ist die neue Fe-NAND-Architektur, die von Samsung SAIT in Natur zeigt eine mögliche zukünftige Richtung für NAND-Flash auf: eine erhebliche Verbesserung der Energieeffizienz ohne Einbußen bei der Kapazität oder Speicherdichte. Wenn die weitere Entwicklung reibungslos verläuft, könnte diese Technologie eine wichtige Grundlage für die nächste Generation von nichtflüchtigen Speichern mit geringem Stromverbrauch werden - besonders wichtig in einer KI-gesteuerten Ära mit hohem Stromverbrauch.
