有望取代閃存的新型非易失性技術(shù)--相變內(nèi)存
相變內(nèi)存(Phase Change Memory,PCM)是一項以Intel、Numonys和三星等廠商為先驅(qū)的新型非易失性技術(shù),可以成為取代閃存的一種低成本、更可靠、更快速和更好的技術(shù)。
一些業(yè)內(nèi)人士甚至認(rèn)為,相變內(nèi)存具有加速數(shù)據(jù)存儲市場從硬盤向固態(tài)盤過渡的潛力。其中一位就是Numonyx首席技術(shù)官Ed Doller。Numonyx是一家由Intel以及ST Microelectronics創(chuàng)建的合資公司。
Doller表示:“PCM是一項非常有前景的閃存替代技術(shù),它將讓整個行業(yè)繼續(xù)自信地從HDD過渡到SSD?!?/P>
仍處于初期階段的PCM
然而,PCM仍然處于試制晶圓的階段,這項技術(shù)還要面臨一系列問題。Numonyx和三星公司(三星正在針對Numonyx的PCM產(chǎn)品開發(fā)市場規(guī)范)什么時候可以交付具有商業(yè)價值的產(chǎn)品呢?這種產(chǎn)品的成本是否能夠與閃存在價格方面一較高下?
惠普行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器產(chǎn)品經(jīng)理Richard Tomaszewski表示:“PCM具有較高的讀寫速度、低易失性和高存儲密度,能夠彌補NAND閃存的缺點以及傳統(tǒng)硬盤的局限性。因此,有些人認(rèn)為PCM將成為繼NAND閃存之后的下一代技術(shù)。”
不過Tomaszewski表示,還有一些其他非易失性記憶體技術(shù)——包括電阻記憶體(RRAM)和自旋極化隨機存取記憶體(STTRAM)——可能成為可行的替代技術(shù)。
Tomaszewski表示:“這些技術(shù)仍然需要進一步的測試和開發(fā)來證明他們是否可靠。高數(shù)量和高產(chǎn)出率是成功的技術(shù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵?!?/P>
他表示,為了取代現(xiàn)有技術(shù),新技術(shù)必須在可靠性、耐用性以及服務(wù)壽命等方面與現(xiàn)有技術(shù)持平或者更好。
他說,一項新技術(shù)從試制晶圓到投入生產(chǎn)可能需要數(shù)年時間以便獲得足夠的產(chǎn)量來達(dá)到規(guī)??尚行圆M足可靠性和耐久性預(yù)期。
相變內(nèi)存到底是什么?
Doller表示,PCM提供了高性能和低能耗,在一個芯片上結(jié)合了NOR、NAND和RAM的最佳特性,包括:位可變性、非易失性、高讀取速度、高寫入/擦除速度以及良好的可擴展性。
位可變性:PCM與RAM或者EEPROM類似,都是位可變的——也就是存儲信息可以從1切換到0,或者從0切換到1,不再需要另外的擦除步驟。閃存技術(shù)一般都要求擦除步驟以變更信息。
非易失性:PCM是非易失性的,就像NOR閃存和NAND閃存一樣。PCM不要求有持續(xù)的供電以保留信息,而RAM是需要的。
讀取性能:與RAM和NOR閃存一樣,PCM也具有高速隨機讀取的特點。這樣可以直接從存儲執(zhí)行代碼,不需要復(fù)制到RAM再執(zhí)行。PCM的讀取延遲接近于NOR閃存每單元的一個字位,而讀取帶寬則接近DRAM。
寫入/擦除性能:PCM的寫入吞吐速率高于NAND閃存,且延遲更低。這些特性,再加上不需要擦除步驟(位可變性),使PCM具有明顯超出NOR和NAND閃存的性能。
可擴展性:可擴展性是PCM另外一個與眾不同的地方。NOR和NAND閃存都依賴于浮閘內(nèi)存結(jié)構(gòu),而這些結(jié)構(gòu)很難縮減。隨著閃存中內(nèi)存單元不斷縮減,保存在浮閘上的電子數(shù)量也在減少。因為PCM不保存電子,所以它不需要面對電子保存擴展問題。
最近,Intel和Numonyx研究人員展示了一個堆疊了多層PCM陣列的64MB測試芯片。這些陣列層提供了達(dá)到更高記憶密度的可擴展性,同時保存了較高的性能。
到目前為止,由于采用了尖端的微影技術(shù),NAND閃存技術(shù)的成本已經(jīng)降到了一個非常低的水平,但是究竟它還能降到什么水平,這仍有待關(guān)注。這就是為什么很多人在尋找替代技術(shù)的原因。
價格目前是NAND閃存的優(yōu)勢之一
Tomaszewski表示:“惠普認(rèn)為,現(xiàn)在說誰是最后的贏家還為時尚早。從開發(fā)進度來看,PCM似乎是領(lǐng)先于其他技術(shù)。但是PCM能否大量生產(chǎn)并在繼續(xù)擴展的同時滿足能源、容量、可靠性和耐用性等方面的要求,這還有待考察?!?/P>
ObjecTIve Analysis固態(tài)盤分析師Jim Handy表示,PCM可能成為閃存強有力的競爭對手,因為它與閃存一樣具備更高速度的優(yōu)點。
盡管PCM增長勢頭愈發(fā)明顯,但是Handy認(rèn)為這項技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)和實施要等到幾年之后了,也許還要十年時間。
他說:“目前,內(nèi)存的制程工藝已經(jīng)到了34nm,現(xiàn)在需要進一步達(dá)到10~12nm?!?/P>
Handy表示,PCM所面臨的最大挑戰(zhàn)就是成本。
他說,由于經(jīng)濟規(guī)模不足和研發(fā)的局限性,第一代PCM芯片可能比現(xiàn)有DRAM和閃存芯片貴一倍。
Handy指出,東芝最新展示了一款基于10nm制程工藝的NAND閃存原型。
他說,隨著芯片尺寸越來越小,NAND閃存將可以與PCM匹敵。他說:“也許在未來的某個時候,NAND閃存將達(dá)到自己的極限,這也將是PCM或者其他競爭技術(shù)起飛的時候?!?/P>
PCM的承諾:更好的數(shù)據(jù)保留
Doller表示,PCM承載了許多期待,主要因為它的數(shù)據(jù)保留和耐用性不是相互制約的。
他表示:“這意味著,不管我們循環(huán)使用PCM內(nèi)存設(shè)備100萬次還是僅僅一次,數(shù)據(jù)保留都是一樣的?!?/P>
另外一個讓PCM更易于使用在系統(tǒng)級設(shè)計中的現(xiàn)象就是,PCM的“故障”總是發(fā)生在寫入過程中的。
Doller表示:“因此,如果我們將數(shù)據(jù)寫入PCM內(nèi)存設(shè)備中,寫入校驗功能顯示數(shù)據(jù)不在那里,那么數(shù)據(jù)就會立即被重新寫入到另外一個位置。與NAND閃存不同,PCM不會受本身固有的讀取干擾機制所影響。”
因為PCM具有出色的可靠性,所以Doller認(rèn)為這項技術(shù)將最先被應(yīng)用于有最關(guān)鍵要求的應(yīng)用中。
三星PRAM高級營銷經(jīng)理Harry Yoon表示,三星預(yù)計他們自己版本的PCM——成為相變隨機內(nèi)存(PRAM)——將在一系列移動應(yīng)用中取代NOR閃存的位置。