Veri merkezli hesaplama ve yapay zeka teknolojilerinin hızla yayılmasıyla, yüksek kapasiteli ve düşük enerji tüketimli depolama birimlerine olan ihtiyaç giderek artıyor. Ancak günümüzde yaygın olarak kullanılan NAND flash bellek, yapısal kısıtları nedeniyle yüksek güç tüketimi dezavantajına sahip. Ferroelektrik transistörler ile çok düşük güç tüketimi
Bu duruma çözüm olarak Samsung araştırmacıları, neredeyse hiç enerji harcamadan daha yüksek depolama kapasitesi sunabilen yeni bir ferroelektrik transistör (FeFET) tabanlı ultra düşük güç tüketimli bellek teknolojisi geliştirdiklerini duyurdu.
NAND flash belleklerde, çok sayıda hücrenin ardışık şekilde bağlandığı bir dizi mimarisi bulunuyor. Bir hücreden veri okumak için, onun önünde ve arkasında yer alan diğer hücrelere de voltaj uygulanması gerekiyor. “Geçiş voltajı” olarak bilinen bu durum, hücre sayısı arttıkça güç tüketiminin de artmasına yol açan temel bir yapısal sınır oluşturuyor. Öte yandan, geçiş voltajı düşürüldüğünde, hücreleri ayırt eden sinyal farkı daralıyor. Bu da bir hücreye birden fazla değer yazmayı sağlayan “çok seviyeli depolama” yöntemini zorlaştırıyor.
Bu sorunları aşmak için araştırmacılar, ferroelektrik malzeme kullanan FeFET tabanlı yeni bir bellek tasarladı. Ferroelektrik malzemeler, dışarıdan uygulanan voltajla polarizasyon yönünün değiştirilebilmesi ve voltaj kaldırılsa bile uzun süre bu durumda kalabilmesi sayesinde bellek uygulamalarında kullanılabiliyor. Ekip, zirkonyum katkılı hafniyum ferroeletiği ve oksit yarı iletken kanalı birleştirerek yeni bir FeFET geliştidiler.
Bu yeni FeFET’i kullanan bellek, geçiş voltajı neredeyse sıfıra indirilmiş durumda bile hücre başına 5 bite kadar veriyi kararlı bir şekilde saklayabildi. Araştırmacılara göre bu performans, mevcut ticari NAND çözümlerine denk veya daha üstün.
Özellikle, geleneksel NAND’a kıyasla dizi yapısında %96’ya varan potansiyel enerji tasarrufu sağlandığı raporlandı. Yani çok daha fazla veriyi neredeyse hiç enerji kullanmadan depolamak mümkün hale geliyor. Bu, enerji verimliliğinin kritik önem taşıdığı yapay zeka sunucuları, mobil cihazlar ve uç hesaplama uygulamaları için büyük önem taşıyor.
Araştırma ekibi, geliştirdikleri FeFET’in mevcut NAND’da olduğu gibi dikey olarak yığılan üç boyutlu yapılara da başarıyla uygulanabildiğini gösterdi. 25 nm gibi son derece küçük kanal uzunluklarına sahip hücrelerde bile kararlı şekilde çalışması, yüksek yoğunluklu bellek üretiminde bir engel olmadığını ortaya koyuyor.
Bu bellek teknolojisi henüz ticari kullanıma uzak olsa da, çalışma, NAND flash belleklerdeki “gücü düşürürsen kapasite azalır, kapasiteyi artırırsan güç tüketimi artar” şeklindeki temel çıkmazı aşması bakımından büyük önem taşıyor.
