相變內(nèi)存基本概念

相變內(nèi)存是下一代內(nèi)存（閃存）技術(shù)，英特爾和IBM各自帶領(lǐng)盟友正在展開較量。英特爾公司高層日前表示，其相變內(nèi)存樣品將提供給設(shè)備制造商客戶。

相變內(nèi)存結(jié)合了DRAM內(nèi)存的高速存取，以及閃存在關(guān)閉電源之后保留數(shù)據(jù)的特性，被業(yè)界視為未來閃存和內(nèi)存的替代品。

日前在英特爾公司總部，該公司閃存業(yè)務(wù)的首席技術(shù)官Doller向新聞界介紹了這種先進(jìn)的內(nèi)存技術(shù)。他說，從理想的角度說，人們需要一種能夠保存數(shù)據(jù)的DRAM，而相變內(nèi)存將滿足這一需求。

相變內(nèi)存的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以在不刪除現(xiàn)有數(shù)據(jù)的情況下寫入數(shù)據(jù)，這比如今的內(nèi)存更為快捷。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，相變內(nèi)存的功耗只有現(xiàn)有閃存的一半，但是讀寫速度可以達(dá)到閃存的1000倍。

目前，英特爾公司和意法半導(dǎo)體公司正在聯(lián)合研發(fā)這種新內(nèi)存。作為競爭對手的IBM也同奇夢達(dá)（來自英飛凌）、美光科技合作，也在進(jìn)行相關(guān)研究。英特爾公司展示了一枚初級的128相變內(nèi)存芯片樣品，據(jù)稱使用90納米工藝制造。（沈維霓編譯）

由IBM等公司合作研發(fā)的一種新型相變內(nèi)存技術(shù)，在存儲密度、速度和功耗等方面取得了跳躍式進(jìn)展．

在存儲密度、速度和功耗等方面取得了跳躍式進(jìn)展，在未來有望對閃存或磁硬盤技術(shù)帶來挑戰(zhàn)，尤其是將先在音樂播放器、數(shù)碼相機(jī)等便攜式設(shè)備中取代當(dāng)前流行的閃存，并終有一天取代硬盤。

采用該技術(shù)制造出的一個(gè)原型設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)500倍于當(dāng)前閃存技術(shù)的數(shù)據(jù)讀寫速率，而功耗只是閃存的一半。它采用的生產(chǎn)工藝達(dá)到22nm，比當(dāng)前最先進(jìn)的45nm更領(lǐng)先，因此存儲單元的尺寸更加細(xì)微。相變內(nèi)存可以重復(fù)寫入10萬次以上，比閃存更加耐用；此外，相變內(nèi)存還是比閃存更加有效和高效的非揮發(fā)性內(nèi)存。

當(dāng)前的閃存技術(shù)總有一天會因電流泄漏等問題而難以遵循摩爾定律發(fā)展下去，相變內(nèi)存將成為其救星。據(jù)悉，該新技術(shù)在進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用過程中還面臨著生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)成本方面的主要障礙，預(yù)計(jì)2015年左右會市場化。

內(nèi)存架構(gòu)變革 相變內(nèi)存技術(shù)取得突破 據(jù)國外媒體報(bào)道，英特爾和芯片技術(shù)公司Numonyx本周三發(fā)布了一項(xiàng)新技術(shù)相變內(nèi)存。這兩家公司稱，這種新技術(shù)將使非易失性存儲器突破NAND閃存的20納米的極限，使加工工藝縮小到5納米，從而更加節(jié)省成本。目前他們的64Mb測試芯可以實(shí)現(xiàn)單芯片上進(jìn)行多層堆疊。 相比傳統(tǒng)的內(nèi)存和閃存技術(shù)，PCM相變內(nèi)存可以寫入單比特或單字節(jié)的數(shù)據(jù)，而不用以整塊的形式進(jìn)行，所以在帶寬以及延遲方面，有著更加突出的表現(xiàn)，由于相變內(nèi)存是非易失性存儲器技術(shù)，所以可以在不通電的情況下依然保持?jǐn)?shù)據(jù)。

加州大學(xué)圣地亞哥分校與鎂光，BEEcube，Xillinx等公司合作，成功制成了一臺使用PCM相變內(nèi)存構(gòu)造的固態(tài)硬盤設(shè)備，這種SSD存儲設(shè)備的讀寫速度要比現(xiàn)有的SSD硬盤快上6倍，更比現(xiàn)有的常規(guī)機(jī)械式硬盤快上數(shù)千倍。這臺存儲設(shè)備被命名為Moneta。

PCM相變內(nèi)存芯片存儲和寫入數(shù)據(jù)的方法是利用硫族材料遇熱時(shí)會在非晶態(tài)或結(jié)晶態(tài)之間變化，從而改變材料的電阻值的特性，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)往硫族材料中通以大電流（產(chǎn)生較大熱量），在讀取數(shù)據(jù)時(shí)則只通以數(shù)值較小的電流（熱量產(chǎn)生較?。?

這臺Moneta機(jī)型中使用的是鎂光生產(chǎn)的第一代PCM相變內(nèi)存芯片。機(jī)型的大尺寸數(shù)據(jù)讀取峰值速度為1.1GB/s，寫入峰值速度為371MB/s。在 讀寫少量數(shù)據(jù)時(shí)（如讀寫512B數(shù)據(jù)），讀入峰值速度可達(dá)327MB/s，寫入速度則可達(dá)91MB/s。可見Moneta機(jī)型的讀寫性能相比SSD硬盤的 性能提升幅度在1-6倍之間。其讀寫延遲時(shí)間更低，而且省電性能也更好，尤其在讀寫大量數(shù)據(jù)時(shí)。

Moneta的第二代產(chǎn)品有望在6-9個(gè)月之后準(zhǔn)備就緒，類似機(jī)型的正式推出上市則可能還要等上幾年時(shí)間，這主要是由于與相變內(nèi)存技術(shù)匹配的其它基礎(chǔ)技術(shù) 還有需要修改之處。圣地亞哥分校的研究人員Steven Swanson表示：“你可以造出速度更快得多的存儲設(shè)備，但是...同時(shí)與之配套的管理軟件也必須改寫。過去40多年來，存儲系統(tǒng)的配套軟件都是基于速 度極慢的磁盤技術(shù)而設(shè)計(jì)的。而要想讓基于相變內(nèi)存技術(shù)的存儲設(shè)備充分發(fā)揮性能優(yōu)勢，就必須對系統(tǒng)軟件進(jìn)行徹底的變革?！?

Moneta機(jī)型將在本月7-8日舉辦的DAC會展儀式上展出。

英特爾研究員和內(nèi)存技術(shù)開發(fā)經(jīng)理AlFazio星期三向記者解釋說，這種技術(shù)產(chǎn)生的堆疊內(nèi)存陣列有可能取代目前DRAM內(nèi)存和NAND閃存的一些工作。這種技術(shù)甚至能夠讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)師把一些DRAM內(nèi)存和固態(tài)內(nèi)存的一些存儲屬性縮小到一個(gè)內(nèi)存類。

簡單地說，這個(gè)技術(shù)能夠使DRAM內(nèi)存和存儲結(jié)合為一個(gè)高速的、高帶寬的架構(gòu)。但是，這個(gè)飛躍還有很長的路要走。基于本周三宣布的這種技術(shù)的產(chǎn)品還要等許多年才能出現(xiàn)。

Fazio和Numonyx公司高級技術(shù)研究員GregAtwood解釋的這項(xiàng)技術(shù)突破稱作PCMS（相變內(nèi)存與開關(guān)）的相變內(nèi)存（PCM）技術(shù)的一個(gè)進(jìn)步。這種技術(shù)能夠在同一個(gè)基本的硫族(元素)化物材料商創(chuàng)建薄膜內(nèi)存單元機(jī)器控制薄膜選擇器，并且在一個(gè)交叉點(diǎn)架構(gòu)上把這些元件組合在一起。

這種新的相變技術(shù)也許有一天會把你的內(nèi)存和存儲融合為一個(gè)幸福的家庭。

這種新的薄膜選擇器名為雙向閾值開關(guān)，允許把多層的內(nèi)存/選擇器層放在一個(gè)CMOS基礎(chǔ)上，以創(chuàng)建高密度、高帶寬的PCM內(nèi)存。

這種多層堆疊是這個(gè)目標(biāo)。本周三宣布的技術(shù)突破是一種可工作的64MB單層版本的這種新的內(nèi)存架構(gòu)。英特爾將在馬里蘭州巴爾迪摩舉行的國際電子設(shè)備大會上發(fā)表一篇論文，正式介紹這種內(nèi)存架構(gòu)。

不過，這些多層的新內(nèi)存目前正在設(shè)計(jì)圖版上。正如Atwood說的那樣，第一次是難度最大的一層。

太平洋時(shí)間2012年7月25日鎂光科技在位于美國愛達(dá)荷州的總部宣布，公司已經(jīng)開始量產(chǎn)面向移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域的相變內(nèi)存（Phase Change Memory，簡稱PCM） 。

目前量產(chǎn)的產(chǎn)品使用45nm制程工藝，規(guī)格為1個(gè)1Gbit的PCM顆粒與1個(gè)512Mbit的LPDDR2 DRAM組成堆疊封裝。目前鎂光該45nm PCM解決方案主要面向功能型手機(jī)市場，未來計(jì)劃擴(kuò)展到智能手機(jī)和平板電腦領(lǐng)域。

作為鎂光最親密的合作伙伴，Intel也表明了力挺態(tài)度。Intel移動(dòng)通信事業(yè)群組副總裁Stefan Butz稱該公司一項(xiàng)站在技術(shù)的最先端，在鎂光的PCM技術(shù)上看到了廣闊的前景和價(jià)值。

根據(jù)PCM的技術(shù)特點(diǎn)，使用這種存儲方案的設(shè)備將擁有更短的啟動(dòng)時(shí)間，更低的功耗=更長的續(xù)航以及更強(qiáng)的耐用性。由于PCM斷電后不丟失數(shù)據(jù)的特性，實(shí)際上除輔助DRAM作為內(nèi)存之外還可替代NOR/NAND閃存的作用。