เจาะลึก V-NAND 900 ชั้นของ Samsung: ชิปปฏิวัติวงการและสงครามหน่วยความจำ AI

Samsung Electronics ประสบความสำเร็จในการทดสอบต้นแบบของหน่วยความจำแฟลช V-NAND แบบ 900 ชั้นตัวแรกของโลก ซึ่งเป็นผลงานวิจัยที่เพิ่มจำนวนชั้นเกือบสามเท่าจากชิปใดๆ ก็ตามที่ผลิตในเชิงพาณิชย์อยู่ในขณะนี้ แทนที่จะพยายามกัดกร่อนให้ได้ 900 ชั้นบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนแผ่นเดียว ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้ในทางกายภาพ ทีมงานได้ใช้วิธีเชื่อมแผ่นเวเฟอร์สองแผ่นที่มีจำนวนชั้นแผ่นละ 450 ชั้น เข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียวด้วยเทคโนโลยีที่เรียกว่า Cell Multi Bonding (CMB) ผลลัพธ์ที่ได้คือชิปที่ใช้งานได้จริง ซึ่งยืนยันเส้นทางการผลิตที่เป็นไปได้เพื่อก้าวเข้าสู่ 'ยุค NAND พันชั้น' ภายในสิ้นทศวรรษนี้

การประกาศครั้งนี้ทำให้โครงการวิจัยระยะยาวของ Samsung ก้าวนำหน้าคู่แข่งทางการค้าที่ใกล้ชิดที่สุดอย่าง SK Hynix ผู้ครองสถิติการผลิตจำนวนมาก ณ ปัจจุบันที่ 321 ชั้น อย่างไรก็ตาม เส้นทางจากห้องทดลองไปสู่ตัวผลิตภัณฑ์ที่สร้างรายได้นั้นยาวไกลและเต็มไปด้วยการแข่งขันที่ดุเดือด Samsung กำลังต่อสู้เพื่อรักษาความเป็นผู้นำ ในขณะที่ต้องเผชิญกับการแข่งขันเชิงรุกจาก SK Hynix, การกลับมาของผู้ผลิตสัญชาติจีนอย่าง YMTC (Yangtze Memory Technologies Co.) และการเปลี่ยนทิศทางของอุตสาหกรรมที่บางครั้งได้ดึงทรัพยากรออกจาก NAND ไปสู่หน่วยความจำแบนด์วิธสูง หรือ HBM (High Bandwidth Memory) สำหรับ AI

เบื้องหลังการสร้างต้นแบบ NAND 900 ชั้นของ Samsung

ความสำเร็จในการผลิตชิปแบบ 900 ชั้นของ Samsung ไม่ใช่เรื่องราวของเทคนิคการกัดกร่อน (Etching) ที่ประณีตขึ้น แต่อยู่ที่ 'การเชื่อมต่อที่แม่นยำ' กระบวนการ Cell Multi Bonding (CMB) หลอมรวมเวเฟอร์เซลล์ขนาด 450 ชั้น ที่แยกกันผลิตขึ้น คนละแผ่น เข้าด้วยกันเป็นแพ็กเกจความหนาแน่นสูง การแยกส่วนของเซลล์หน่วยความจำหลักออกจากวงจรตรรกะส่วนนอก แล้วนำไปสร้างบนเวเฟอร์คนละแผ่น ทำให้ Samsung สามารถหลีกเลี่ยงอุปสรรคทางกายภาพที่เพิ่มสูงขึ้นจากการเจาะและซ้อนชั้นบนฐานเดียว

มีอุปสรรคทางวิศวกรรมหลักสามประการที่ต้องฝ่าฟันเพื่อให้สิ่งนี้เป็นจริงได้:

• การบิดงอของเวเฟอร์ (Wafer Warpage): เมื่อมีการเพิ่มจำนวนชั้นมากขึ้น แรงกดเชิงกลอาจทำให้แผ่นเวเฟอร์บิดงอจนไม่สามารถเชื่อมต่อกันด้วยความแม่นยำที่จำเป็นได้ Samsung ได้นำการออกแบบ Upper-Chuck ขั้นสูงมาใช้ ซึ่งช่วยยึดให้เวเฟอร์ 450 ชั้นแต่ละแผ่นเรียบสนิทในระหว่างกระบวนการเชื่อมต่อ
• ข้อผิดพลาดในการจัดเรียง: การจัดเรียงที่คลาดเคลื่อนแม้เพียงระดับไมครอนระหว่างเวเฟอร์สองแผ่นสามารถทำให้ทั้งชิปเสียหายได้ Samsung ก้าวข้ามอุปสรรคนี้ด้วยเทคนิคเฉพาะที่เรียกว่า "Novel Overlay Correction" เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดในการจัดเรียงขณะทำการเชื่อม
• การตรวจสอบการทำงาน: ต้นแบบจะมีความหมายก็ต่อเมื่อมันทำงานได้ Samsung ได้ยืนยันว่าระบบรวม 900 ชั้นแสดงให้เห็นถึง 'ลักษณะการทำงานของเซลล์ที่เป็นปกติ' เป็นการพิสูจน์ว่าเทคนิคนี้เป็นมากกว่าแค่การซ้อนชั้นกันในทางทฤษฎี แต่คือก้าวสำคัญที่ใช้งานได้จริงก่อนจะต่อยอดไปสู่ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์

นอกจากนี้ยังมีรายงานว่า Samsung ได้แนะนำโครงสร้าง Bitline (BL) และ Wordline (WL) แบบใหม่เพื่อลดการใช้พลังงานและลดขนาดของชิปโดยรวม และกำลังสำรวจการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการตัดแผ่นเวเฟอร์เพื่อเพิ่มอัตราผลผลิต (Yield)

ตลาด NAND: สมรภูมิเดิมพันสูงที่ร้อนระอุ

ในขณะที่ต้นแบบ 900 ชั้นของ Samsung เป็นเครื่องยืนยันถึงความเป็นผู้นำระยะยาวในด้านการวิจัยและพัฒนา แต่ตำแหน่งในตลาดมวลชนระยะใกล้ของบริษัทนั้นยังห่างไกลจากคำว่ามั่นคง ภูมิทัศน์ของตลาด NAND Flash นั้นกระจัดกระจายและมีการแข่งขันสูงกว่า DRAM และ Samsung ต้องเผชิญแรงกดดันจากหลายด้าน

SK Hynix ขึ้นนำในการผลิตจำนวนมากไปก่อนแล้ว ในเดือนสิงหาคม 2025 SK Hynix กลายเป็นบริษัทแรกในโลกที่เริ่มการผลิตจำนวนมากของชิป NAND 4D แบบ 321 ชั้น ในขณะที่การเปิดตัว NAND รุ่น V9 (286 ชั้น) แบบ QLC (Quad-Level Cell) ของ Samsung มีรายงานว่าล่าช้าออกไปจนถึงครึ่งแรกของปี 2026 ทำให้เกิดคำถามถึงความรวดเร็วในการนำเทคโนโลยีออกสู่ตลาด

ผู้เล่นระดับรองกำลังไล่ตามมาอย่างรวดเร็ว ผู้ผลิตจากจีนอย่าง YMTC ได้เริ่มการผลิตจำนวนมากของ NAND แบบ 294 ชั้นเมื่อต้นปี 2025 และกำลังพัฒนาเทคโนโลยีระดับ 300+ ชั้น ซึ่งช่วยลดช่องว่างทางเทคโนโลยีลง คู่แข่งรายอื่นเช่น Kioxia และ SanDisk (เดิมคือ Western Digital) กำลังทุ่มเงินลงทุนอย่างหนัก แม้ในขณะที่สองยักษ์ใหญ่จากเกาหลี คือ Samsung และ SK Hynix ได้หันเหเงินทุนจำนวนมากไปยังกลุ่มผลิตภัณฑ์ HBM สำหรับใช้งานในตัวเร่งความเร็ว AI (AI Accelerators) ซึ่งกำลังเติบโตอย่างก้าวกระโดด การมุ่งเน้นเชิงกลยุทธ์เช่นนี้ได้เปิดช่องให้คู่แข่งพยายามเข้ามาช่วงชิงส่วนแบ่งตลาด NAND

พลวัตของราคาและอุปทานนั้นเปราะบาง ผู้ผลิต NAND ชั้นนำร่วมกันลดกำลังการผลิตในช่วงครึ่งหลังของปี 2025 เพื่อผลักดันราคาให้สูงขึ้น และมีรายงานว่า Samsung กำลังพิจารณาขึ้นราคา 20–30% สำหรับปี 2026 จำนวนชั้นที่สูงขึ้นช่วยลดต้นทุนต่อบิตในการผลิตโดยธรรมชาติ แต่การพยายามขึ้นราคาอย่างก้าวร้าวในขณะที่คู่แข่งเร่งเพิ่มอุปทานนั้นเป็นการสร้างสมดุลที่ละเอียดอ่อน

ท่ามกลางแรงกดดันเหล่านี้ ฐานะทางการเงินโดยรวมของ Samsung กลับแข็งแกร่งขึ้นอย่างมาก ในไตรมาสล่าสุดที่มีการรายงาน รายได้จาก NAND ของบริษัทเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่าเมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า แตะที่ 1.351 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ ทำให้ส่วนแบ่งการตลาดตามรายได้ขยายจาก 28% ไปเป็น 31.6% อย่างไรก็ตาม การรักษาความเป็นผู้นำนี้ไว้ได้ จำเป็นต้องอาศัยการดำเนินการทั้งในด้านเทคโนโลยีและการพาณิชย์อย่างต่อเนื่อง

ทำไมสมรภูมิจำนวนชั้นถึงเป็นเดิมพันที่วัดกันที่ 'เป็นหรือตาย' สำหรับ AI

การแข่งขันกันเพิ่มจำนวนชั้นของ NAND ไม่ได้เป็นเพียงสงครามการตลาดระหว่างผู้ผลิตชิปเท่านั้น แต่มันคือปัจจัยพื้นฐานที่ช่วยขับเคลื่อนโครงสร้างพื้นฐานของ AI ในยุคต่อไป การเติบโตที่ก้าวกระโดดของศูนย์ข้อมูล AI กำลังขับเคลื่อนความต้องการหน่วยเก็บข้อมูลที่หนาแน่นขึ้น เร็วขึ้น และถูกลงในเวลาเดียวกัน

1. ความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลที่มากขึ้นสำหรับชุดข้อมูลขนาดมหึมา
   คลัสเตอร์สำหรับการฝึกฝน AI (AI Training Clusters) ต้องการให้ชุดข้อมูลขนาดมหึมาถูกจัดเก็บไว้ในที่ที่สามารถเข้าถึงได้อย่างรวดเร็วและซ้ำๆ จำนวนชั้นที่มากขึ้นหมายถึงการบรรจุความจุได้มากขึ้นใน SSD ขนาดเท่าเดิม ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับศูนย์ข้อมูลระดับไฮเปอร์สเกล (Hyperscale Data Center) ที่ทุกมิลลิเมตรของพื้นที่บน Rack มีค่า นอกจากนี้ยังช่วยเร่งกระบวนการเปลี่ยนจากฮาร์ดดิสก์ (HDD) ที่ช้ากว่าไปเป็น SSD ความจุสูงในศูนย์ข้อมูล AI ซึ่งการเข้าถึงข้อมูลแบบเรียลไทม์เป็นสิ่งที่ละเลยไม่ได้

2. ต้นทุนต่อบิตที่ถูกลงอย่างก้าวกระโดด
   การก้าวกระโดดในแต่ละเจเนอเรชันของ NAND แบบ 3D ส่งผลโดยตรงต่อการลดต้นทุนในการจัดเก็บข้อมูลหนึ่งบิต เนื่องจากเวิร์กโหลดของ AI สร้างข้อมูลปริมาณมหาศาลทั้งข้อความ รูปภาพ เสียง และวิดีโอ ระบบจัดเก็บข้อมูลที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการขยายขีดความสามารถในการประมวลผล AI ทั้งการอนุมาน (Inference) และการฝึกฝน (Training) ในเชิงเศรษฐกิจ อุตสาหกรรมกำลังเร่งผลิตชิป QLC ขนาด 2Tb ให้ได้ภายในปี 2026 ซึ่งเป็นหลักชัยสำคัญที่จะช่วยลดต้นทุนสำหรับ Enterprise SSD ที่กระหายข้อมูลได้อีกมาก

3. การเปิดทางสู่สถาปัตยกรรมหน่วยความจำ AI รูปแบบใหม่
   บางทีนัยยะที่สำคัญที่สุดคือ NAND Flash กำลังเปลี่ยนบทบาทจากแค่หน่วยเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ธรรมดา กลายมาเป็นองค์ประกอบเชิงรุกภายในลำดับชั้นของหน่วยความจำ AI สถาปัตยกรรมใหม่อย่าง HBF (High-Capacity Near-Memory) กำลังถูกออกแบบมาเพื่อให้มีชั้นของแฟลชที่มีแบนด์วิธสูง มาทำหน้าที่คั่นกลางระหว่าง HBM ประสิทธิภาพสูงและ SSD เก็บข้อมูลจำนวนมาก ซึ่งช่วยเพิ่มความจุให้กับ HBM สำหรับข้อมูลประเภท "วอร์ม ดาต้า" หรือข้อมูลที่ถูกเรียกใช้งานบ่อยครั้งแต่อาจไม่ใช่ข้อมูลร้อนแรงที่สุด ในทำนองเดียวกัน แนวคิดเรื่อง Intelligent AI SSD ก็คือการรวมหน่วยประมวลผลเข้าไปไว้ในไดรฟ์จัดเก็บข้อมูลโดยตรง เพื่อทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลเบื้องต้น (เช่น การกรองหรือการจัดรูปแบบ) ก่อนที่จะส่งต่อไปยัง GPU เป็นการแบ่งเบาภาระงานและบรรเทาคอขวดของหน่วยความจำ การเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมครั้งนี้จะเป็นไปไม่ได้เลย หากขาดซึ่งความหนาแน่นมหาศาลและต้นทุนที่ต่ำจากเทคโนโลยี NAND ระดับ 400, 900 และมากกว่า 1,000 ชั้นในที่สุด

รายงานการวิจัยจาก Counterpoint เกี่ยวกับการขยายขนาดไปสู่ NAND แบบ 3D ที่ 1,000 ชั้น ได้สรุปความท้าทายนี้ไว้อย่างชัดเจนว่า ผู้ผลิตจำเป็นต้อง "บรรลุสถาปัตยกรรม NAND แบบ 3D ที่หนาแน่นขึ้นแต่ยังคงความสมบูรณ์แบบ พร้อมด้วยประสิทธิภาพที่ไร้ที่ติ ซึ่งสอดคล้องกับขีดความสามารถที่เติบโตขึ้นของการคำนวณและ DRAM เมื่อเรากำลังเข้าสู่ยุคของ AI" ต้นแบบ 900 ชั้นของ Samsung คือสัญญาณที่จับต้องได้ว่าเป้าหมายครึ่งแรก นั่นคือ 'หน่วยเก็บข้อมูลที่หนาแน่นขั้นสุดยอดและมีประสิทธิภาพสูง' กำลังอยู่แค่เอื้อม