为积极应对人工智能（AI）时代日益严峻的电力危机，韩国三星旗下的先进技术研究院（SAIT）近日宣布了一项突破性的基础技术，也就是研究人员在全球率先发现了一种核心机制，能够将现有NAND Flash的功耗降低高达96%，有望为解决能源消耗问题做出重大贡献。而这项重要的研究成果已由SAIT与半导体研究所的34位研究人员共同撰写，题为“用于低功耗NAND Flash的铁晶体管管”论文，并成功发表在《自然》国际学术期刊上。

三星研究团队指出，传统的NAND Flash结构是通过向单元注入电子来存储数据。为了不断增加存储容量，业界必须增加单元（堆栈层）的数量。然而，由于NAND Flash的单元是串连接构，信号必须依次通过这些串联的单元进行传输。因此，随着堆栈层的增加，所需的电压也会随之升高，这直接导致读写功耗的显著增加。

为此，市场上的下一代NAND Flash的研究方向转向利用铁电材料的特性。铁电材料的优势在于可以通过自发改变极化来存储资讯，从而无需向单元注入电子。尽管如此，长期以来，如何在完成高容量的同时降低功耗，这一权衡关系一直未能得到解决。对此，三星SAIT的研究人员最终在氧化物半导体的固有特性中找到了突破口。氧化物半导体虽然普遍存在难以精确控制阈值电压的缺点，但其优势在于漏电流极低。

报告表示，研究人员首次发现将氧化物半导体难以控制阈值电压的特性，与铁电材料的极化控制效应相结合，可以作为一种核心机制，这一组合能够显著降低单元串运行所需的电压。而且，通过这种创新的材料开发和结构理解，研究团队成功克服了现有NAND Flash的结构限制。他们验证了在保持每个单元5比特高容量的同时，功耗最多可降低96%。

研究团队强调，这项技术一旦商业化，预计将极大化提升各个领域的能源效率。其应用范围涵盖从大型AI数据中心到移动和边缘AI系统。具体而言，降低功能耗够直接减少数据中心的运营成本，并有效延长移动设备的电池续航时间。三星通过展示这种有助于开发革命性低功耗、高容量固态硬盘（SSD）的技术方向，确保了其在未来市场的竞争力。

根据市场研究公司Omdia的预测，全球NAND Flash市场前景乐观，该市场营收预计将从2024年的656亿美元，增长到2029年的937亿美元。在此期间，单位出货量预计将以年均17.7%的速度增长。因此，三星的铁电NAND Flash技术突破，无疑将在这一快速增长的存储领域中占据核心地位。

(首图来源：科技新报摄)