Samsung'un öncü araştırmacıları, teknoloji dünyasında devrim yaratacak bir gelişmeye imza attı. Yapılan çalışmalarla, NAND bellek teknolojisinin en büyük güç tüketimi kalemlerinden biri, %96'ya varan oranlarda azaltılabilecek yeni bir mimari ortaya kondu.
Samsung Gelişmiş Teknoloji Enstitüsü'nde yürütülen ve Nature dergisinde yayımlanan araştırma, ferroelektrik alan etkili transistör (FeFET) tabanlı yeni bir 3D NAND tasarımı üzerinde yoğunlaşıyor. Bu yenilikçi tasarım, nükleer bazlı bir ferroelektriği, bir oksit yarı iletken kanal ile birleştirerek ve sıfıra yakın geçit voltajı (pass-voltage) ile çalışma olanağı sunarak enerji verimliliğinde büyük bir sıçrama vadediyor.
Mevcut NAND bellek teknolojilerinde, her okuma veya yazma işlemi sırasında dikey veri yollarını oluşturan kelime hatlarının (wordlines) bir geçit voltajı ile beslenmesi gerekiyor. Bellek katman sayısı arttıkça bu işlem daha da karmaşıklaşıyor ve toplam güç tüketiminde önemli bir paya sahip oluyor. Samsung'un yeni FeFET tabanlı tasarımı, geniş bir bellek penceresi ve negatif eşik voltajı sayesinde, geleneksel şarj-tuzak (charge-trap) NAND'ın ihtiyaç duyduğu yüksek geçit voltajlarına gerek kalmadan çok seviyeli hücre işlemlerini destekleyebiliyor.
Araştırmacılar, bu yöntemi önce hücre başına beş bit ile çalışan düzlemsel dizilerde, ardından 3D NAND geometrisini taklit eden kısa dört katmanlı dikey bir dizide denediler. Bu yapının merkezindeki kapılar, mevcut ticari cihazlara benzer şekilde 25 nanometre boyutunda ölçüldü. Ekip, kelime hattı kapasitansı ve okuma/yazma işlemleri için gereken yüksek voltajları üreten dahili şarj pompalarının baskın katkılarını birleştiren, NAND'a özgü yeni bir enerji ölçütünü tanımladı.
Geliştirilen bu modellemeye göre, 286 katmanlı bir FeFET tabanlı NAND cihazı, aynı yükseklikteki geleneksel bir şarj-tuzak dizisine kıyasla programlama ve okuma enerjisini yaklaşık %94 oranında azaltabiliyor. 1.024 katmana ulaşıldığında ise, daha düşük geçit voltajının şarj pompalarının iş yükünü keskin bir şekilde düşürmesiyle, bu oran %96'yı aşıyor.
Yapılan deneyler, veri tutma (retention) ve döngü sınırlarını da inceledi. Düzlemsel formda, ferroelektrik hücreler geniş bir bellek penceresi sunarak hücre başına beş seviyeli programlamayı destekliyor. Ancak bu yoğunlukta dayanıklılık (endurance) seviyesi daha mütevazı görünüyor. Beş bit hücre (PLC) eşdeğeri yapı birkaç yüz okuma/yazma döngüsünü desteklerken, dört bit hücre (QLC) eşdeğeri kullanım oda sıcaklığında ve 85 °C'de yaklaşık bin döngüye yaklaşıyor. Araştırmacılar, tam bir 3D dizinin üretime uygun hale gelmesi için program engelleme (program-inhibit) şemaları ve negatif voltaj üretiminde daha fazla geliştirme gerektiğini belirtiyor. Ayrıca, yüksek sıcaklık stresi altındaki oksit kanalının davranışının da önümüzdeki dönemde incelenmesi gereken önemli bir alan olduğuna dikkat çekiyorlar.
Şu an itibarıyla, Samsung'un bu çalışmaya dayalı herhangi bir ürün duyurusu yapması beklenmiyor. Bu çalışma, daha çok mevcut şarj-tuzak teknolojisinin ötesinde, potansiyel düşük güç tüketimli NAND nesilleri için temel bir araştırma olarak konumlandırılıyor ve daha fazla geliştirme gerektiriyor.
