Đổi mới phi thường: Câu chuyện đằng sau giải pháp bộ nhớ V-NAND tiên phong của Samsung

Đại dịch toàn cầu đang tiếp tục biến đổi cuộc sống và thói quen hàng ngày của con người, mối liên hệ giữa chúng ta với gia đình và bạn bè thân thiết trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Từ những cuộc trò chuyện với bạn bè hoặc những bức ảnh chụp từ một sự kiện gia đình, những khoảnh khắc trong quá khứ càng trở nên đáng giá đối với mỗi người chúng ta.

Cho dù thông qua thư viện trên smartphone, ứng dụng gọi điện video hay mạng xã hội, thì những khoảnh khắc hồi tưởng ấm áp này đều có thể thực hiện được nhờ giải pháp bộ nhớ flash NAND¹ sử dụng trong điện thoại thông minh và trung tâm dữ liệu.

Hiểu một cách đơn giản, chúng ta có thể xem NAND flash là bộ nhớ giúp bạn có thể ghi lại và lưu giữ rất nhiều khoảnh khắc đặc biệt. Tại Samsung, chúng tôi đang làm việc không ngừng nghỉ để cung cấp cho người dùng sự an tâm, rằng các thông tin liên lạc có giá trị nhất của họ sẽ tồn tại vô thời hạn. Với tư cách là một chuyên gia chịu trách nhiệm về sự tiến bộ không ngừng nghỉ của NAND flash trong ngành bán dẫn, chúng tôi muốn chia sẻ những nỗ lực này với bạn.

Đi Tiên Phong Trong Kỷ Nguyên Của Cấu Trúc Dọc 3 Chiều (3D) Hoàn Toàn Mới

Nếu xem lịch sử của vũ trụ là một năm, thì sự tồn tại của loài người chỉ còn 14 giây ngắn ngủi đáng kinh ngạc tính tới cuối năm 2021. Với hơn 170 tỷ thiên hà được biết đến và không ngừng mở rộng, Mặt trời và Trái đất của chúng ta hoàn toàn không phải là trung tâm phát triển của vũ trụ. Suy luận tương tự này có thể được áp dụng cho chất bán dẫn.

Nhìn vào một con chip bán dẫn nhỏ hơn kích thước móng tay qua kính hiển vi điện tử, bạn sẽ thấy cả một vũ trụ thu nhỏ. Dù chỉ dày 1mm, hàng triệu không gian được xây dựng cẩn thận tồn tại trong một con chip để lưu trữ lượng dữ liệu khổng lồ.

Trong nhiều năm, các giải pháp bộ nhớ flash NAND được thiết kế để lưu trữ dữ liệu có cấu trúc hai chiều (2D), nơi các chip được thu nhỏ và đặt trên các bề mặt phẳng. Nhưng những cấu trúc 2D này có hạn chế đáng kể về lượng dữ liệu có thể lưu trữ.

Sau khi nghiên cứu sâu rộng để giảm thiểu vấn đề này, Samsung đã đi tiên phong trong bộ nhớ flash V-NAND (với chữ ‘V’ mang ý nghĩa là chiều dọc – vertical), một giải pháp kết nối các ngăn đựng chip (các cell) thông qua các lỗ xỏ trong không gian 3D xếp chồng lên nhau theo chiều dọc. Samsung là công ty đầu tiên trên thế giới phát triển và thương mại hóa giải pháp bộ nhớ như vậy.

Ra mắt vào năm 2013, V-NAND 3D đã tạo ra mô hình hoàn toàn mới mới cho chất bán dẫn bộ nhớ so với cấu trúc 2D thông thường đã thống trị thế giới lưu trữ điện tử trong nhiều thập kỷ. Sự chuyển đổi kỹ thuật nó tạo ra có thể được so sánh với trải nghiệm của những người sống trong những ngôi nhà 1 tầng giờ chuyển đến những căn hộ cao tầng lần đầu tiên.

V-NAND: Đại Diện Cho Giải Pháp Bán Dẫn Bậc Thầy Của Samsung

Ngày nay, giải pháp V-NAND, với cấu trúc 3D dọc mang tính cách mạng, đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp kể từ màn giới thiệu mang tính đột phá.

Trở lại năm 2013, giải pháp V-NAND đầu tiên do Samsung phát triển có 24 lớp – nhưng ngày nay nó đã tiến lên con số gần 200, và vẫn tiếp tục tăng. Tuy nhiên, giống với các căn hộ cao tầng, chỉ cần xếp chồng nhiều lớp lên nhau không phải là tất cả.

Một căn hộ cần cao, nhưng phải chắc chắn và dễ tiếp cận qua thang máy an toàn và hiệu quả khi chiều cao của tòa nhà tăng lên. Hơn nữa, cần phải xem xét mức độ tiếng ồn giữa các tầng và do các giới hạn về độ cao, chiều cao của một tòa nhà không là vô hạn.

Giải pháp V-NAND cũng vậy. Ngay cả khi số lượng các lớp tương tự nhau, nhìn kỹ hơn sẽ thấy những khác biệt nhỏ về chức năng và cấu trúc. Trong thế giới chất bán dẫn, điều này có thể là quan trọng hàng đầu vì ngay cả sự khác biệt nhỏ nhất cũng dẫn đến kết quả cực kỳ khác nhau.

Giới thiệu Về Đơn Vị Cell Nhỏ Nhất Ngành, Được Thực Hiện Bằng Công Nghệ Khắc Single-Stack

Hãy quay trở lại năm 2013 trong vài phút.

Để khắc phục hạn chế của cấu trúc 2D phẳng của chất bán dẫn, Samsung đã phát triển một sản phẩm có thể xếp chồng lên các cell – theo ba chiều. Thời điểm đó, vì cấu trúc không có nhiều lớp nên không cần xem xét ngay chiều cao của sản phẩm. Tuy nhiên, khi có càng nhiều lớp để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp tích hợp cao, dung lượng cao, các kỹ sư của hãng phải xem xét các giới hạn vật lý phát sinh xung quanh chiều cao của sản phẩm.

Samsung đã suy tính và bắt đầu phát triển giải pháp cho vấn đề sẽ xảy ra về chiều cao V-NAND trước các công ty khác trong ngành bán dẫn. V-NAND 176 lớp thế hệ thứ 7 của công ty có chiều cao tương tự như thế hệ thứ 6, với chỉ 100+ lớp V-NAND, một sự đổi mới được thực hiện nhờ vào việc chúng tôi đã phát triển thành công kích thước cell nhỏ nhất trong ngành.

Samsung đã cố gắng giảm thể tích cell lên đến 35% bằng cách giảm bề mặt và chiều cao của nó thông qua công nghệ thu nhỏ 3D tiên tiến. Bất kỳ va chạm nào giữa các cell có thể xảy ra trong quá trình thu nhỏ đều được kiểm soát. Điều này cho phép Samsung xếp nhiều lớp hơn ở độ cao thấp hơn, mang lại lợi thế cho công ty khi khắc phục được những hạn chế về chiều cao.

Samsung là công ty duy nhất trong ngành sở hữu công nghệ khắc single-stack có khả năng xếp chồng hơn 100 lớp cùng một lúc và liên kết với nhau thông qua hơn một tỷ lỗ. Tận dụng kích thước ô siêu nhỏ và công nghệ khắc chồng đơn độc quyền, Samsung đang ở vị trí vô song để cung cấp các giải pháp V-NAND được tạo ra từ hàng trăm lớp ô.

Hướng đến tương lai: Giải pháp mang tính cách mạng V-NAND thế hệ thứ 7 và thứ 8

Trong nửa cuối năm nay, Samsung sẽ giới thiệu sản phẩm SSD dành cho người tiêu dùng dựa trên chip V-NAND thế hệ thứ 7, một giải pháp có kích thước nhỏ nhất trong ngành. Giải pháp V-NAND thế hệ thứ 7 này được kỳ vọng sẽ đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của cả giao diện PCIe thế hệ thứ 4 (PCIe Gen 4) và sau đó là thế hệ thứ 5 (PCIe Gen 5), nhờ vào đầu vào đầu ra tối đa (I/O) với tốc độ 2,0 gigabit/giây (Gbps). Hơn nữa, giải pháp của công ty sẽ được tối ưu hóa để xử lý đa nhiệm khối lượng công việc khổng lồ, chẳng hạn như vừa đồng thời tạo mô hình 3D và chỉnh sửa video.

Samsung cũng đang có kế hoạch mở rộng việc sử dụng V-NAND thế hệ thứ 7 của mình cho các ổ SSD trung tâm dữ liệu. Hơn nữa, để khuyến khích các công ty giảm mức tiêu thụ điện năng tại các trung tâm dữ liệu, giải pháp tiêu thụ điện năng thấp của Samsung có thể giúp tăng hiệu quả sử dụng điện lên đến 16% so với giải pháp thế hệ thứ 6.

Công ty đã hoàn thành một loại chip hoạt động cho giải pháp V-NAND thế hệ thứ 8 với hơn 200 lớp và có kế hoạch giới thiệu nó đến thị trường nhăm đáp ứng nhu cầu của người dùng.

Tương Lai Của V-NAND Của Samsung: Hướng Đến Hơn 1.000 Lớp

Trong ngành công nghiệp bán dẫn, không có điều gì là tình cờ xảy ra. Trở thành người tiên phong cho một công nghệ chưa từng được biết đến trước đây không chỉ đòi hỏi thời gian mà còn cần một lượng vốn đầu tư to lớn. Samsung đã cố gắng trở thành công ty hàng đầu thế giới trong ngành bán dẫn khi đối mặt với những thất bại và những thách thức khác bằng cách duy trì niềm đam mê cũng như các cam kết, có ý thức trách nhiệm đối với sứ mệnh của mình, chính những điều này cho phép chúng tôi kiến tạo nên cuộc sống tốt đẹp hơn cho tất cả mọi người, mang đến cho thế giới nhiều sự đổi mới có ý nghĩa.

Cũng giống như cách V-NAND đầu tiên được giới thiệu vào năm 2013 sau hơn 10 năm nghiên cứu, công ty mong muốn sẽ là người đầu tiên vượt qua những cột mốc cũ trong một ngày không xa thông qua việc sử dụng công nghệ thu nhỏ 3D. Hơn nữa, khi các giải pháp V-NAND của Samsung phát triển đến hơn 1.000 lớp, công ty sẽ tiếp tục đảm bảo rằng các giải pháp bộ nhớ của mình mang lại độ tin cậy cao nhất trong ngành.

Một Mô Hình Mới Về Thực Tế Mở Rộng Sẽ Củng CốVai Trò Của Chất Bán Dẫn

Thế giới đang chuyển sang một mô hình mới về thực tế mở rộng (XR – Extended Reality) nhờ vào sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ. Trên thực tế, do đại dịch, thời gian mà XR được thiết lập để trở thành một phần của cuộc sống hàng ngày đã được nâng cao một cách đáng kể. Thời đại mà lối sống hàng ngày luôn đan xen giữa thực tế và không gian mạng ngày càng đến gần. Hơn nữa, việc cải tiến các thiết bị và công nghệ CNTT sẽ đòi hỏi một cách tiếp cận hoàn toàn mới, hoàn toàn khác với bất cứ điều gì đã từng có trước đây — và vai trò của chất bán dẫn sẽ trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.

Không còn nghi ngờ gì nữa, Samsung sẽ tiếp tục làm việc để tạo ra một xã hội tốt đẹp hơn bằng cách giới thiệu các sản phẩm bán dẫn sáng tạo dựa trên những tiến bộ công nghệ mạnh mẽ. Bạn giờ đây có thể yên tâm rằng những kỷ niệm quý giá sẽ luôn được lưu trữ trên các thiết bị điện tử trong một thời gian rất dài sau này.

¹ Chất bán dẫn bộ nhớ Non-volatile giúp giữ lại dữ liệu được lưu trữ ngay cả khi tắt nguồn.