隨著人工智慧（AI）需求持續爆發，包含HBM與NAND快閃記憶體在內的各類記憶體晶片已普遍處於供不應求的局面。在此背景下，GPU大廠輝達（Nvidia）正打破以往單純的供應鏈合作模式，罕見地直接加入韓國三星電子的研發行列，雙方將共同開發新的AI技術，並合作研發鐵電NAND（Ferroelectric NAND）快閃記憶體。
根據市場研究機構Omdia的最新數據指出，全球NAND供應量在2022年達到2,138.7萬片晶圓的峰值後，預計2026年將驟降至1,540.8萬片。即便至2028年，供應量也僅能微幅恢復至1,761萬片，遠遠無法滿足市場激增的需求。供需嚴重失衡導致NAND價格狂飆，僅2026年第一季的單季增幅便高達90%。此外，輝達計畫於下一代AI加速器「Vera Rubin」中將導入名為「推論上下文記憶體儲存」（ICMS）的新型NAND，預估光是此項目就會吞下全球高達9.3%的NAND產能，勢必進一步推高需求。
在此同時，國際能源署（IEA）預測，全球AI資料中心的耗電量將從2024年的約450太瓦時（TWh），激增至2026年的550太瓦時，並預計於2030年達到950太瓦時，呈現近乎翻倍的成長。對輝達而言，這兩大難題最終可能導致其AI加速器供應中斷，並大幅增加資料中心客戶的成本負擔。
為突破上述困境，鐵電NAND被業界視為極具潛力的突破性解決方案。因為傳統半導體晶片主要使用矽材料，需要較高電壓來分離兩極並處理資訊。而鐵電材料的特性在於，無需施加外部高壓電場即可保持極化狀態。若以鐵電材料取代矽，不僅能顯著降低晶片對電壓的需求，使功耗最多降低達96%，同時較低的電壓也意味著能實現更密集的晶片堆疊，進而大幅提升供應能力。
為了充分挖掘鐵電材料的潛力並找到最佳的元件結構，三星與輝達共同開發出了一項全新AI技術，能將分析材料複雜特性的速度大幅提升一萬倍。目前擁有約200至300層NAND堆疊技術的三星，正將鐵電材料作為未來達到1,000層極限堆疊的核心技術進行重點，並於2025年底展示了用於低功耗NAND快閃記憶體的鐵電電晶體，全力推動產品商業化。
在技術專利方面，韓國知識產權局數據顯示，過去12年間三星電子在鐵電元件領域的專利申請量高達255項（佔比27.8%），超越了英特爾、SK海力士及台積電，展現世界領先的競爭力。同時，為支援AI運算的龐大需求，三星與SK海力士也正積極開發基於NAND技術的高頻寬快閃記憶體（HBF）。
為了徹底解決供應鏈與耗能隱患，輝達正不斷擴大對前瞻技術的投資。除了與三星合作研發鐵電技術外，輝達近期斥資40億美元投資矽光子新創企業Lumentum Holdings與Coherent，去年更宣布建立結合GPU與量子處理單元（QPU）的「輝達加速量子研究中心」（NVAQC），以期將運算效率最大化。輝達罕見深入記憶體底層研發的舉動，不僅展現其鞏固AI硬體霸權的決心，更預示著記憶體產業即將迎來關鍵的技術革命。
(首圖來源：Unsplash)
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