เจาะลึก V-NAND 900 ชั้นของ Samsung: ชิปปฏิวัติวงการและสงครามหน่วยความจำ 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