ในยุคที่ AI, Cloud และ Big Data เติบโตแบบก้าวกระโดด ความเร็วและความจุของระบบจัดเก็บข้อมูลถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่เบื้องหลังความแรงเหล่านั้นคือการใช้พลังงานมหาศาลของศูนย์ข้อมูลทั่วโลก ล่าสุด Samsung ได้จุดประกายความหวังใหม่ให้วงการ ด้วยงานวิจัยหน่วยความจำ NAND รูปแบบใหม่ที่สามารถลดการใช้พลังงานได้มากถึง 96%
ทีมนักวิจัยจาก Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) ได้เผยแพร่งานวิจัยดังกล่าวลงในวารสาร Nature โดยนำเสนอแนวคิดสถาปัตยกรรมหน่วยความจำแบบใหม่ ที่อาจเข้ามาเปลี่ยนอนาคตของ SSD และระบบจัดเก็บข้อมูลสำหรับ AI และ Data Center ในระยะยาว
ปัญหาใหญ่ของ NAND Flash ยุคปัจจุบัน: ยิ่งจุสูง ยิ่งกินไฟหนัก
หน่วยความจำ NAND Flash ที่ใช้อยู่ใน SSD และสมาร์ตโฟนปัจจุบันมีโครงสร้างแบบ “ซ้อนเลเยอร์” ในแนวดิ่ง เปรียบเหมือนคอนโดสูงหลายร้อยชั้น ยิ่งเพิ่มจำนวนเลเยอร์ ความจุก็ยิ่งสูงขึ้น แต่ปัญหาคือทุกครั้งที่มีการอ่านหรือเขียนข้อมูล ระบบจำเป็นต้องจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้เลเยอร์ด้านล่างทั้งหมด เพื่อเปิดทางให้สัญญาณไฟฟ้าวิ่งผ่านไปยังจุดที่ต้องการ
แม้ข้อมูลจะอยู่ชั้นบนสุด แต่การ “เปิดทางผ่าน” ให้ครบทุกชั้นทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานสะสมจำนวนมาก ซึ่งกลายเป็นต้นเหตุสำคัญที่ทำให้หน่วยความจำยุคใหม่ใช้พลังงานสูงขึ้นเรื่อย ๆ
ทางออกใหม่: เปลี่ยนโครงสร้างเป็น FeFET แบบใช้แรงดันไฟใกล้ศูนย์
Samsung เสนอการพลิกโฉมโครงสร้างพื้นฐานของ NAND จากระบบเดิมแบบ Charge-Trap มาเป็น Ferroelectric Field-Effect Transistor (FeFET) โดยใช้วัสดุในกลุ่ม Hafnia-based Ferroelectric ร่วมกับ Oxide Semiconductor
จุดเด่นสำคัญของ FeFET คือสามารถทำงานได้ด้วยแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่ต่ำมาก หรือที่เรียกว่า “Near-Zero Pass-Voltage” นั่นหมายความว่าในกระบวนการอ่านและเขียนข้อมูล ระบบแทบไม่จำเป็นต้องจ่ายแรงดันไฟฟ้าเพื่อ “เปิดทางผ่าน” ชั้นล่างเหมือนที่ผ่านมา ส่งผลให้การใช้พลังงานลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
ลดการใช้พลังงานได้มากกว่า 94–96% จากการจำลองระบบ
จากการจำลองโมเดลของทีมวิจัย หากนำสถาปัตยกรรม FeFET ไปใช้กับหน่วยความจำ NAND ที่มีความสูง 286 เลเยอร์ จะสามารถลดการใช้พลังงานในกระบวนการอ่านและเขียนได้ถึง 94% เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีปัจจุบัน
และหากในอนาคตพัฒนาไปถึงระดับ 1,024 เลเยอร์ ตัวเลขการประหยัดพลังงานจะเพิ่มสูงเกิน 96% ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนสมดุลด้านประสิทธิภาพพลังงานของอุตสาหกรรมหน่วยความจำโดยสิ้นเชิง
ยังมีโจทย์ใหญ่ด้าน “ความทนทาน” ที่ต้องแก้ไข
แม้ผลลัพธ์ด้านการประหยัดพลังงานจะน่าประทับใจ แต่เทคโนโลยี FeFET ยังมีข้อจำกัดสำคัญด้าน ความทนทานของรอบการเขียน (Write Cycle) โดยในปัจจุบันยังรองรับได้เพียงระดับหลักร้อยถึงหลักพันครั้งเท่านั้น ขณะที่ SSD สำหรับศูนย์ข้อมูลระดับองค์กรต้องรองรับการเขียนจำนวนมหาศาลตลอดอายุการใช้งาน
นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ยังต้องพิสูจน์ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงในสภาพการทำงานจริง ซึ่งยังเป็นอีกหนึ่งความท้าทายสำคัญก่อนนำไปผลิตเชิงพาณิชย์ได้จริง
ก้าวสำคัญของโลกเทคโนโลยีในยุค AI และ Data Center
แม้ FeFET NAND จะยังอยู่ในขั้นวิจัย แต่ก็ถือเป็นก้าวสำคัญของอุตสาหกรรมหน่วยความจำโลก เพราะโครงสร้างแบบเดิมกำลังเข้าใกล้ “ทางตัน” ในเชิงประสิทธิภาพพลังงาน ยิ่งโลกต้องพึ่งพา AI และ Data Center ขนาดใหญ่เพิ่มขึ้นเท่าไร ความต้องการฮาร์ดแวร์ที่ประหยัดพลังงานก็ยิ่งทวีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น
นวัตกรรมจาก Samsung ครั้งนี้จึงเปรียบเสมือน “แสงสว่างที่ปลายอุโมงค์” ของอุตสาหกรรมจัดเก็บข้อมูล แม้จะต้องใช้เวลาอีกหลายปีกว่าจะได้เห็นในอุปกรณ์เชิงพาณิชย์จริง แต่ก็เป็นทิศทางที่น่าจับตามองอย่างยิ่งในอนาคต
ถ้าต้องการให้ผมจัดเวอร์ชัน “ย่อสำหรับโซเชียล”, “พาดหัว SEO”, หรือ “เมตาดาตาเว็บข่าว” เพิ่มให้อีก ผมจัดให้ครบได้เลยครับ 👍