Samsung сделала шаг, который вполне может войти в учебники по микроэлектронике: компания представила новый подход к NAND-памяти, позволяющий снизить энергопотребление до 96 процентов по сравнению с классическими решениями. На фоне взрывного роста ИИ, расширения дата-центров и всё более прожорливых по мощности смартфонов такая экономия выглядит не просто приятным бонусом, а фактором выживания для всей индустрии.
Традиционно Samsung ассоциируется с рекордами по плотности и скорости памяти: компания готовит LPDDR6 для будущих смартфонов и ноутбуков, развивает стандарты UFS следующего поколения, чтобы приложения открывались быстрее, а камеры снимали без задержек. Но параллельно инженеры задают более неудобный вопрос: что толку в гигабайтах и гигабайтах скорости, если каждая новая ступень производительности забирает всё больше энергии из батареи и розетки?
Ответ на этот вопрос команда из 34 исследователей представила в статье, опубликованной в авторитетном журнале Nature. В работе описан прототип NAND-памяти на основе ферроэлектрического транзистора, разработанный специально для сверхнизкого энергопотребления. Изначально проект опирался на оксидные полупроводники, которые долго считались неудачным выбором для высокопроизводительных чипов из-за высокого порогового напряжения. Однако Samsung превратила этот недостаток в инструмент: именно высокий порог позволил эффективнее отсекать лишние токи внутри массива ячеек.
Чтобы понять масштаб идеи, нужно вспомнить, как устроена современная 3D NAND. Память строится из длинных цепочек ячеек, соединённых последовательно в так называемые строки. Производители наращивают количество слоёв и ячеек, чтобы упаковать в крошечный кристалл терабайты данных. Но у такой гонки есть цена: растут паразитные токи утечки, усложняется управление ячейками, увеличивается потребление при чтении и записи, а контроллеру всё тяжелее удерживать стабильность работы.
Даже когда отдельная ячейка формально переведена в состояние выключено, небольшой ток всё равно может протекать через структуру. В масштабе миллиарда ячеек это превращается в ощутимую нагрузку на питание и лишнее тепло. Новый ферроэлектрический транзистор решает эту проблему радикально: он блокирует токи ниже порогового значения, резко снижая утечку по всей цепочке. В лабораторных образцах это позволило добиться экономии энергии до 96 процентов при сопоставимой логике работы с традиционной NAND.
Такой скачок энергоэффективности принципиально важен для дата-центров, которые сегодня являются сердцем ИИ-сервисов. Хранилища с тысячами SSD уже сейчас съедают серьёзную долю общего энергобаланса, а затем те же киловатты приходится отводить и рассеивать в виде тепла. Если NAND начнёт потреблять в разы меньше, операторы облаков смогут расширять ёмкость без пропорционального роста счетов за электричество и систем охлаждения, а параллельно получат заметный экологический выигрыш.
Не менее ощутимы последствия для обычных пользователей. Смартфоны, планшеты и ультрабуки постоянно что-то записывают и читают: фотографии, видео в высоком разрешении, игры, офлайн-карты, локальные модели ИИ. Каждый такой запрос немного разряжает батарею и нагревает корпус. Если энергоэффективная NAND от Samsung доберётся до потребительских устройств, тот же объём работы со storage будет стоить аккумулятору заметно дешевле. Это значит дольше работающие смартфоны, менее горячие корпуса и возможность проектировать более тонкие устройства без огромных батарей.
Отдельный плюс нового подхода в том, что он помогает решить мучительный вопрос масштабирования 3D NAND. Чем выше становится «небоскрёб» из слоёв, тем сложнее удерживать характеристики ячеек в допустимых границах. Механизм, который естественным образом подавляет низкоуровневую утечку, упрощает жизнь и схемотехнике, и контроллеру, и тестовым лабораториям, а значит, ускоряет путь от идеи до массового продукта.
Пока что ферроэлектрическая NAND Samsung остаётся исследовательским прототипом. В статье не названы никакие конкретные сроки коммерциализации, и это честно: превращение перспективной схемы ячейки в надёжный продукт требует лет работы над технологическим процессом, отработки выхода годных кристаллов, тонкой настройки контроллеров и прошивок, а также выматывающих циклов испытаний на ресурс и отказоустойчивость. Тем не менее, история компании показывает, что многие её лабораторные эксперименты в итоге действительно доходили до серийных SSD и мобильных накопителей.
В ближайшие годы рынок по-прежнему будет жить более привычными обновлениями: LPDDR6 с ещё большей пропускной способностью, новые версии UFS, ускоряющие запуск приложений и обработку контента на смартфонах и ноутбуках. Но на горизонте уже маячит следующий качественный шаг — память, которая не только быстро работает и вмещает всё больше данных, но и тратит на это удивительно мало энергии на уровне физической ячейки.
Если Samsung удастся довести эту архитектуру до конвейера массового производства, эффект почувствуют все: от владельцев доступных смартфонов до операторов гигантских кластеров для ИИ. Долгое время прогресс в вычислениях упирался в ограничение по мощности и теплу. Новая NAND-память с ферроэлектрическими транзисторами может стать одним из ключевых кирпичиков в переходе к эпохе, где рост производительности наконец сочетается с настоящей энергоэффективностью.