Samsung hat kürzlich auf den virtuellen Seiten der renommierten Zeitschrift Nature ein sehr wichtiges Forschungsergebnis veröffentlicht, das die ersten Früchte der Arbeit eines recht großen Forschungsteams von 34 Ingenieuren beschreibt. Als Ergebnis dieser Forschung kann der Verbrauch von NAND-Flash-Speicherchips um bis zu 96 % gesenkt werden, was ein großer Schritt nach vorn für die Zukunft sein könnte, da die zunehmende Anzahl von Zellschichten bedeutet, dass auch der Verbrauch steigt, und genau das versucht das südkoreanische Unternehmen mit dieser Innovation zu kontrollieren.
Die Forschung wurde von Experten des Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) und des Semiconductor R&D Center durchgeführt, die nach Möglichkeiten suchten, ferroelektrische Materialien mit Oxid-Halbleitern zu kombinieren. Dabei fanden sie heraus, wie man diese Materialtypen kombinieren kann, um den Stromverbrauch bei String-Level-Operationen um bis zu 96 % zu senken. String-Level-Operationen sind definiert als Lese- und Schreibvorgänge, bei denen der SSD-Controller Signale durch seriell verbundene NAND-Flash-Zellen sendet, um Lese- und Schreibaufgaben durchzuführen.
Das Ergebnis ist auch deshalb von Bedeutung, weil bei immer neueren NAND-Flash-Speicherchips die Anzahl der eingebauten Zellschichten ständig zunimmt und damit die Länge des Weges, den die Signale auf den entsprechenden Lanes zurücklegen müssen, um das Zellenfeld zu erreichen. Mit der Anzahl der Schichten steigt auch der Stromverbrauch, der für die Durchführung von Lese- und Schreibvorgängen erforderlich ist, worauf diese Entwicklung abzielt.
Natürlich wurden ferroelektrische Materialien schon früher ausprobiert, waren aber damals nicht erfolgreich. Bei der neuen Entwicklungsarbeit versuchte das Team von Samsung, das Potenzial der elektronischen Eigenschaften von Oxidhalbleitern zu nutzen, und das Konzept war erfolgreich. Oxid-Halbleiter erlauben in der Regel nur eine begrenzte Kontrolle der Schwellenspannung, was für bestimmte Arten von Bauelementen ein großer Nachteil ist. In diesem Fall ist diese Eigenschaft jedoch von Vorteil, da sie dazu beiträgt, den Stromverbrauch beim Schalten zu senken und gleichzeitig eine hohe Datendichte zu ermöglichen, da sie problemlos in Systemen mit bis zu 5 Bit Daten pro Zelle eingesetzt werden kann.
Um diese Innovation anwenden zu können, muss natürlich die Transistorstruktur umgestaltet werden und es müssen forschungserprobte Materialien in der NAND-Flash-Zellenanordnung verwendet werden, was einige Arbeit erfordert, aber die Richtung ist bereits klar: Die jüngste Entwicklung wird es den NAND-Flash-Speicherchips ermöglichen, den Stromverbrauch erheblich zu senken, ohne auf eine hohe Datendichte zu verzichten.
Die neue Generation von NAND-Flash-Speicherchips wird dazu beitragen, den Stromverbrauch von Datenspeichersystemen in Rechenzentren, mobilen Geräten und allen anderen Geräten, die auf NAND-Flash-Speicher angewiesen sind, zu senken. Dies ist ein großer und schnell wachsender Markt, denn eine frühere Analyse von Omdia zeigt, dass der Gesamtumsatz in diesem Segment von 65,6 Mrd. USD im Jahr 2024 auf 93,7 Mrd. USD im Jahr 2029 ansteigen könnte, was einer jährlichen Wachstumsrate von 17,7 % entspricht.
Samsung ist natürlich vorsichtig, was die Entwicklung des NAND-Flash-Marktes angeht. So wurde kürzlich bekannt, dass ein Teil der NAND-Flash-Produktion in die DRAM-Produktion umgewandelt wird, um so viel wie möglich von der durch die DRAM-Knappheit verursachten Marktsituation zu profitieren.
