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(xiàng)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(chǔ)市場(chǎng)從硬盤向固態(tài)盤過(guò)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(xiàng)非常有前景的閃存替代技術(shù)，它將讓整個(gè)行業(yè)繼續(xù)自信地從HDD過(guò)渡到SSD。”

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(xiàng)技術(shù)還要面臨一系列問(wèn)題。Numonyx和三星公司（三星正在針對(duì)Numonyx的PCM產(chǎn)品開(kāi)發(fā)市場(chǎng)規(guī)范）什么時(shí)候可以交付具有商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品呢？這種產(chǎn)品的成本是否能夠與閃存在價(jià)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(chǔ)密度，能夠彌補(bǔ)NAND閃存的缺點(diǎn)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)?！?/P>

不過(guò)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(jī)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(jìn)一步的測(cè)試和開(kāi)發(fā)來(lái)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。”

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(shuō)，一項(xiàng)新技術(shù)從試制晶圓到投入生產(chǎn)可能需要數(shù)年時(shí)間以便獲得足夠的產(chǎn)量來(lái)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(gè)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(kuò)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(chǔ)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(jī)讀取的特點(diǎn)。這樣可以直接從存儲(chǔ)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(gè)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(kuò)展性：可擴(kuò)展性是PCM另外一個(gè)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?yàn)镻CM不保存電子，所以它不需要面對(duì)電子保存擴(kuò)展問(wèn)題。

最近，Intel和Numonyx研究人員展示了一個(gè)堆疊了多層PCM陣列的64MB測(cè)試芯片。這些陣列層提供了達(dá)到更高記憶密度的可擴(kuò)展性，同時(shí)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(gè)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(jià)格目前是NAND閃存的優(yōu)勢(shì)之一

Tomaszewski表示：“惠普認(rèn)為，現(xiàn)在說(shuō)誰(shuí)是最后的贏家還為時(shí)尚早。從開(kāi)發(fā)進(jìn)度來(lái)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(kuò)展的同時(shí)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。”

ObjecTIve Analysis固態(tài)盤分析師Jim Handy表示，PCM可能成為閃存強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，因?yàn)樗c閃存一樣具備更高速度的優(yōu)點(diǎn)。

盡管PCM增長(zhǎng)勢(shì)頭愈發(fā)明顯，但是Handy認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)施要等到幾年之后了，也許還要十年時(shí)間。

他說(shuō)：“目前，內(nèi)存的制程工藝已經(jīng)到了34nm，現(xiàn)在需要進(jìn)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(shuō)，由于經(jīng)濟(jì)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(shuō)，隨著芯片尺寸越來(lái)越小，NAND閃存將可以與PCM匹敵。他說(shuō)：“也許在未來(lái)的某個(gè)時(shí)候，NAND閃存將達(dá)到自己的極限，這也將是PCM或者其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)起飛的時(shí)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?yàn)樗臄?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(wàn)次還是僅僅一次，數(shù)據(jù)保留都是一樣的?！?/P>

另外一個(gè)讓PCM更易于使用在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)象就是，PCM的“故障”總是發(fā)生在寫入過(guò)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(yàn)功能顯示數(shù)據(jù)不在那里，那么數(shù)據(jù)就會(huì)立即被重新寫入到另外一個(gè)位置。與NAND閃存不同，PCM不會(huì)受本身固有的讀取干擾機(jī)制所影響。”

因?yàn)镻CM具有出色的可靠性，所以Doller認(rèn)為這項(xiàng)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(jí)營(yíng)銷經(jīng)理Harry Yoon表示，三星預(yù)計(jì)他們自己版本的PCM——成為相變隨機(jī)內(nèi)存（PRAM）——將在一系列移動(dòng)應(yīng)用中取代NOR閃存的位置。