Đua tới 1.000 lớp NAND: Kioxia và SanDisk thử nghiệm kiến trúc mới cho mật độ siêu cao

Cuộc đua mở rộng mật độ lưu trữ đang bước sang một giai đoạn mới, khi giới hạn của 3D NAND truyền thống dần lộ rõ. Trong bối cảnh các hãng vẫn đang đẩy nhanh lên thế hệ ~300 lớp, Kioxia và SanDisk đã bắt đầu hướng tới một cột mốc tham vọng hơn nhiều: vượt ngưỡng 1.000 lớp.

Theo các nguồn tin từ Nhật Bản, hai công ty đã trình diễn thành công QLC NAND dựa trên kiến trúc multi-stacked cell array kết hợp với công nghệ bonding wafer-to-wafer bằng đồng. Đây được xem là một bước tiến quan trọng, mở ra khả năng xây dựng các cấu trúc NAND có mật độ cực cao trong tương lai.

Điểm đáng chú ý không chỉ nằm ở số lớp, mà ở cách tiếp cận. Thay vì tiếp tục mở rộng theo chiều dọc trên một wafer duy nhất, kiến trúc mới cho phép xếp chồng nhiều lớp cell từ các wafer khác nhau, sau đó liên kết trực tiếp với nhau. Cách làm này giúp giải quyết một loạt vấn đề vốn là “điểm nghẽn” của 3D NAND, như suy giảm dòng cell, cong vênh wafer hay giới hạn kích thước block.

Dự kiến, công nghệ này sẽ được trình bày chi tiết tại hội nghị VLSI Symposium 2026. Các tài liệu kỹ thuật ban đầu cho thấy cấu trúc gồm nhiều lớp cell được xếp chồng tuần tự, cùng với hình ảnh thực tế từ FIB-SEM xác nhận khả năng triển khai.

Thực tế, tham vọng 1.000 lớp không phải là mới. Kioxia đã từng công bố lộ trình này từ năm 2024, với kỳ vọng đạt mật độ khoảng 100 Gbit/mm² vào năm 2027. Nếu duy trì tốc độ mở rộng hiện tại, cột mốc này hoàn toàn khả thi, đặc biệt khi ngành đã tăng từ ~24 lớp (2014) lên hơn 200 lớp chỉ trong chưa đầy một thập kỷ.

Ở phía khác, Samsung Electronics cũng đang theo đuổi mục tiêu tương tự nhưng với cách tiếp cận thận trọng hơn. Hãng đã giới thiệu kiến trúc multi-wafer stacking, trong đó nhiều lớp cell và mạch ngoại vi được xếp chồng để đạt quy mô 1.000 lớp, với mục tiêu xa hơn là khoảng năm 2030.

Song song đó, Samsung còn thử nghiệm các hướng đi mới như ferroelectric NAND. Đáng chú ý, một nghiên cứu hợp tác giữa Samsung, NVIDIA và Georgia Tech đã ứng dụng mô hình AI để tăng tốc phân tích hiệu năng NAND lên tới 10.000 lần, mở ra khả năng tối ưu thiết kế nhanh hơn đáng kể.

Bức tranh tổng thể cho thấy một xu hướng rõ ràng: NAND không còn chỉ là bài toán “xếp chồng nhiều lớp hơn”, mà đang chuyển sang bài toán kiến trúc và vật liệu. Và trong cuộc đua này, ai giải được bài toán tích hợp hiệu quả nhất, người đó sẽ nắm lợi thế trong thế hệ lưu trữ tiếp theo.