Stockage illimité à 1 000 To ? Les puces QLC NAND, l’arme secrète de Samsung

Avec les énormes volumes de données générés chaque jour, les géants de la technologie se livrent une course effrénée. Leur objectif est d’atteindre le Graal : un SSD d’un pétaoctet (1 000 To). Samsung fait figure de pionnier dans cette quête. Il vise à empiler pas moins de 1000 couches pour ses puces NAND QLC d’ici 2030. Comment le géant coréen compte-t-il s’y prendre pour franchir ce cap révolutionnaire ? La réponse semble résider dans les ferroélectriques hafnia, soit une nouvelle classe de matériaux prometteurs sur lesquels il mise beaucoup.

Les ferroélectriques hafnia : la solution miracle de Samsung

C’est en tout cas une piste explorée par Giwuk Kim, doctorant au département de génie électrique du Korea Advanced Institute of Science and Technology. Elle a fait l’objet d’une session lors du récent symposium VLSI Technology Honolulu. Le thème principal fut : « Analyse approfondie des ferroélectriques à base de hafnia en tant qu’élément clé pour les mémoires 3D VNAND à basse tension et QLC au-delà de 1 000 couches — démonstration expérimentale et modélisation. »

Les chercheurs y ont présenté les résultats prometteurs de leur analyse portant sur les mémoires FE-NAND à base de hafnia. Ils ont également abordé la technologie FeRAM et leurs applications informatiques. Si l’implication directe de Samsung Electronics n’est pas encore confirmée, ses ingénieurs ont néanmoins coécrit les résultats des travaux avec les chercheurs du KAIST.

D’après le résumé de l’étude, ils ont constaté des améliorations significatives des performances. Celles-ci sont obtenues grâce à « l’interaction synergique entre les effets de piégeage de charge et de commutation ferroélectrique (FE) dans une couche intermédiaire de grille à bande métallique (BE-G.IL) — FE-couche intermédiaire de canal (Ch.IL) — SI (MIFIS) FeFET », peut-on lire.

Cette structure spécifique, baptisée BE-MIFIS, maximise la « rétroaction positive » de ces deux effets combinés. Les chercheurs ont ainsi pu observer :

• Un fonctionnement à très basse tension (+17/-15V) ;
• Une large fenêtre de programmation (10,5 V) ;
• Et une quasi-absence de perturbation à 9 V.

Des modélisations théoriques viennent confirmer ces gains de performances décisifs. Selon les auteurs, ces travaux prouvent le potentiel des ferroélectriques hafnia pour permettre le développement de mémoires 3D NAND à plus de 1000 couches. Cela permettrait donc de dépasser la stagnation actuelle.

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La quête du SSD à 1 000 To

À l’heure actuelle, Samsung se trouve en tête de la course effrénée aux très hautes densités de stockage. Il vient même d’entamer la production de masse de ses puces V9 à 290 couches, un record sur le marché. Micron commercialise déjà une NAND QLC, mais seulement avec 232 couches, tout comme le géant chinois YMTC. Pour la firme de Séoul, ce n’est qu’un premier pas puisqu’une génération V10 à 430 couches est déjà planifiée pour l’année 2025.

Cependant, le chemin vers une production de masse à de telles densités reste parsemé d’obstacles techniques et industriels à surmonter. Samsung devra donc franchir plusieurs étapes clés, tant sur le plan des matériaux que des procédés de production et d’intégration 3D.

Jusqu’à présent, le géant sud-coréen reste discret sur l’état d’avancement de ses recherches. Tout porte à croire qu’il met les bouchées doubles pour conserver son avance sur ses concurrents. D’autant plus que SK Hynix travaille aussi sur cette technologie des ferroélectriques hafnia.

Ce qui est sûr, c’est que la quête du pétaoctet est définitivement lancée. Et si Samsung parvient à concrétiser son pari sur les ferroélectriques hafnia, nos rêves de stockage quasi illimité pourraient bien devenir réalité d’ici quelques années. Cette affaire reste à suivre !