非易失性存儲(chǔ)器:比閃存快100倍

“非易失性存儲(chǔ)器”作為新一代國際公認(rèn)存儲(chǔ)技術(shù)，越來越受到世界各國高度重視。記者從7日在滬召開的第十一屆非易失性存儲(chǔ)器國際研討會(huì)上獲悉，上海在這一領(lǐng)域的研究已躋身國際先進(jìn)水平。

與易失性存儲(chǔ)器相比，非易失性存儲(chǔ)器具有高速、高密度、可微縮、低功耗、抗輻射、斷電后仍然能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)發(fā)展，非易失性存儲(chǔ)器分為相變存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器、電阻式存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器等諸多類型。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所、中芯國際、micro—chip是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的團(tuán)隊(duì)，一直致力于研究我國自主的相變存儲(chǔ)芯片和存儲(chǔ)產(chǎn)品。

據(jù)中科院上海微系統(tǒng)所宋志棠研究員介紹，由上海微系統(tǒng)所、中芯國際和micro－chip組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在相變存儲(chǔ)器芯片的工程化研究方面已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，研制出8Mb測(cè)試芯片，并實(shí)現(xiàn)全部存儲(chǔ)功能，8英寸整片Bit優(yōu)良率超過99％，開發(fā)出自主IP的雙溝道隔離二極管陣列，成功實(shí)現(xiàn)了工藝集成和相關(guān)功能的演示，并建立了8英寸整片測(cè)試系統(tǒng)。

在此基礎(chǔ)上，上海微系統(tǒng)所與中芯國際建立了12英寸專用PCRAM平臺(tái)。12英寸40納米相變存儲(chǔ)器的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)也取得了重要進(jìn)展，完成了第一版芯片的設(shè)計(jì)，并進(jìn)入關(guān)鍵的工藝開發(fā)；初步完成了尺寸為60—70納米的相變材料填充和拋光、刻蝕等單項(xiàng)工藝開發(fā)。

第十一屆非易失性存儲(chǔ)器國際研討會(huì)由國際電子電氣工程師學(xué)會(huì)主辦，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和新加坡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究院共同承辦，是國際非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域第一次在中國召開的權(quán)威會(huì)議。來自美國、法國、德國、西班牙、俄羅斯等10個(gè)國家和地區(qū)200多位專家學(xué)者和業(yè)內(nèi)人士參加了此次會(huì)議。在為期三天的會(huì)議期間將舉行10場(chǎng)大會(huì)報(bào)告和交流報(bào)告，圍繞非易失性存儲(chǔ)器領(lǐng)域的最新發(fā)展進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和研討。

■全面解讀

什么是非易失性存儲(chǔ)器？

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)硬件中必不可少的一項(xiàng)設(shè)備，它的職責(zé)是對(duì)數(shù)字信息的保存，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了各式各樣的存儲(chǔ)器。數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)主要分為三種：磁式、光電式和半導(dǎo)體式，其中半導(dǎo)體式存儲(chǔ)器展現(xiàn)了更為優(yōu)越的性能和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以分為只讀存儲(chǔ)器ROM(Read Only Memory)和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)。近年來，隨機(jī)存儲(chǔ)器中發(fā)展出新的一類，即非易失性存儲(chǔ)器(Non-volatile Memory)，其特點(diǎn)是既能像ROM那樣，在斷電后依然保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失，又能像RAM那樣及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的擦寫。

目前，非易失性存儲(chǔ)器已經(jīng)占據(jù)存儲(chǔ)器市場(chǎng)大部分份額，大有取代其他存儲(chǔ)器之勢(shì)。非易失性存儲(chǔ)器在信息技術(shù)中扮演著重要的角色，追求更高密度、更大帶寬、更低功耗、更短延遲時(shí)問、更低成本和更高可靠性是存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)和制造者的永恒目標(biāo)。非易失性存儲(chǔ)器的發(fā)展經(jīng)歷了從ROM、PROM、EEPROM到FLASH存儲(chǔ)器的各個(gè)階段。

什么是相變？

也許大部分人對(duì)于“相變”這個(gè)詞會(huì)有些陌生，其實(shí)，相(phase)是物理化學(xué)上的一個(gè)概念，它指的是物體的化學(xué)性質(zhì)完全相同，但是物理性質(zhì)發(fā)生變化的不同狀態(tài)。例如水有三種不同的狀態(tài)，水蒸汽(汽相)，液態(tài)水（液相）以及固態(tài)水（固相）。

物質(zhì)從一種相變成另外一種相的過程叫做“相變”例如水從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。在很多物質(zhì)中相變不是大家想象的只有氣、液、固，三相那么簡(jiǎn)單。

相變存儲(chǔ)器就是利用特殊材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)所表現(xiàn)出來的導(dǎo)電性差異來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，所以稱之為相變存儲(chǔ)器。

什么是相變存儲(chǔ)器？

相變存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱PCM，是基于奧弗辛斯基在20世紀(jì)60年代末提出的奧弗辛斯基電子效應(yīng)的存儲(chǔ)器。

奧弗辛斯基電子效應(yīng)是指材料由非晶體狀態(tài)變成晶體，再變回非晶體的過程中，其非晶體和晶體狀態(tài)呈現(xiàn)不同的反光特性和電阻特性，因此可以利用非晶態(tài)和晶態(tài)分別代表“0”和“1”來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

相變存儲(chǔ)器比起當(dāng)今主流產(chǎn)品具有多種優(yōu)勢(shì)，有望同時(shí)替代公眾熟知的兩大類存儲(chǔ)技術(shù)，如應(yīng)用于U盤的可斷電存儲(chǔ)的閃存技術(shù)，又如應(yīng)用于電腦內(nèi)存的不斷電存儲(chǔ)的DRAM技術(shù)。

在存儲(chǔ)密度方面，目前主流存儲(chǔ)器在20多納米的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)極限，無法進(jìn)一步緊湊集成；而相變存儲(chǔ)器可達(dá)5納米量級(jí)。在存儲(chǔ)速度方面，相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元比閃存快100倍，使用壽命也達(dá)百倍以上。

打下國際化基礎(chǔ)

存儲(chǔ)器是消費(fèi)型電子產(chǎn)品的必備單元，這些小小器件每年全球范圍銷售額達(dá)600億美元，但因技術(shù)密集且門檻高，市場(chǎng)主要被三星、海力士等5家企業(yè)壟斷。

中國作為多種電子產(chǎn)品的世界最大生產(chǎn)國，每年消耗存儲(chǔ)器件占全球三分之一，但此前一直未實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器國產(chǎn)。而日韓兩國則通過實(shí)施國家戰(zhàn)略，分別于上世紀(jì)80年代和90年代自主掌握存儲(chǔ)器技術(shù)，也使全球存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)重心從美國移至日本，進(jìn)而移至韓國。

目前，我國成功研發(fā)出不同于傳統(tǒng)存儲(chǔ)機(jī)制的“相變存儲(chǔ)器”。

據(jù)研究人員介紹，目前有能力生產(chǎn)“相變存儲(chǔ)器”的全球廠商僅少數(shù)幾家，并且剛剛實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)我國多項(xiàng)專利已獲授權(quán)，為產(chǎn)業(yè)化和國際化打下了良好的基礎(chǔ)。