相變記憶體(PCM)--在英特爾、Numonyx和三星等公司推動(dòng)下的一種新興的非易失性技術(shù)--可以成為低成本、更可靠、更快的記憶體，并可以替代閃存記憶體。

一些行業(yè)內(nèi)部人士甚至相信PCM有足夠的潛力來(lái)加快數(shù)據(jù)存儲(chǔ)市場(chǎng)從硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)轉(zhuǎn)型到固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)的進(jìn)程。

其中一位專家就是Ed Doller。他是Numonyx首席技術(shù)官。Numonyx是英特爾與ST Microelectronics的合資公司。Doller表示："PCM是一個(gè)非常有前途的閃存替代技術(shù)。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，業(yè)內(nèi)可以繼續(xù)自信地進(jìn)行從HDD到SSD的轉(zhuǎn)型過(guò)程。"

PCM還處于初步階段

不過(guò)，PCM仍然還處于初步階段，而且這個(gè)技術(shù)還面臨著一系列問(wèn)題。Numonyx和三星(三星為Numonyx的PCM產(chǎn)品設(shè)計(jì)市場(chǎng)規(guī)格)什么時(shí)候可以商業(yè)化推出PCM產(chǎn)品？PCM產(chǎn)品的價(jià)格是否可以和閃存記憶體競(jìng)爭(zhēng)？

惠普負(fù)責(zé)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的產(chǎn)品經(jīng)理Richard Tomaszewski表示："PCM擁有很高的讀取/寫(xiě)入速度，以及低易失性和高存儲(chǔ)密度。PCM可以避免NAND的缺點(diǎn)以及傳統(tǒng)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的限制。因此，一些人認(rèn)為PCM將成為繼NAND閃存記憶體技術(shù)之后的下一代技術(shù)。"

不過(guò)，Tomaszewski表示業(yè)內(nèi)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)--這些技術(shù)也有可能成為可行的替代技術(shù)。

Tomaszewski表示："這些技術(shù)還需要進(jìn)一步的測(cè)試和開(kāi)發(fā)才能證明它們是否是可行的。高數(shù)量和高產(chǎn)出率是成功的技術(shù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。"要替代現(xiàn)有技術(shù)，新技術(shù)必須在可靠性、耐久性和服務(wù)壽命上與原來(lái)技術(shù)持平或比原來(lái)技術(shù)更好。他表示新技術(shù)需要數(shù)年時(shí)間從實(shí)驗(yàn)室階段轉(zhuǎn)向生產(chǎn)階段以便獲得足夠的產(chǎn)量來(lái)達(dá)到規(guī)�？尚行圆�滿足可靠性和耐久性預(yù)期。

相變記憶體到底是什么？

Doller表示，PCM擁有高性能和低能耗的特性，能夠在一個(gè)芯片上結(jié)合NOR、NAND和RAM的最佳特質(zhì)。他表示這些特質(zhì)包括：比特可變性、非易失性、高讀取速度、高寫(xiě)入/擦除速度以及良好的可擴(kuò)展性。

比特可變性：和RAM或EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)一樣，PCM是比特可變的--也就是說(shuō)存儲(chǔ)的信息可以從1切換成0，或從0切換成1，這個(gè)過(guò)程中無(wú)需擦除步驟。閃存記憶體技術(shù)需要單獨(dú)的擦除步驟來(lái)改變信息。

非易失性：PCM是非易失的，就像NOR閃存和NAND閃存一樣。PCM不需要持續(xù)的電源供應(yīng)來(lái)保持信息，而RAM則需要。

讀取性能：和RAM或NOR閃存記憶體一樣，PCM擁有很高的隨機(jī)讀取訪問(wèn)速度。這使得系統(tǒng)可以直接從記憶體執(zhí)行代碼，不需要復(fù)制到RAM再執(zhí)行。PCM的讀取延遲可以媲美NOR閃存，同時(shí)PCM的讀取帶寬可以媲美DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀取記憶體)。

寫(xiě)入/擦除性能：PCM的讀取吞吐速率將比NAND更快，同時(shí)延遲性更低。這些特性，再加上不需要單獨(dú)擦除步驟(比特可變性)的特性，使得PCM相比NOR和NAND閃存具有明顯的寫(xiě)入性能優(yōu)勢(shì)。

可擴(kuò)展性：擴(kuò)展性是PCM與眾不同的另一個(gè)地方。NOR和NAND都需要依賴浮閘記憶體結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)很難縮減。隨著閃存上記憶體單元縮小，存儲(chǔ)在浮閘上的電子元件也縮減。由于PCM不需要存儲(chǔ)電子元件，因此它不需要面對(duì)電子元件存儲(chǔ)擴(kuò)展問(wèn)題。

最近，英特爾和Numonyx研究者們展示了一款64MB測(cè)試芯片。在這一塊芯片上放置了數(shù)層PCM陣列。這些陣列的布局提供了良好的可擴(kuò)展性，可以達(dá)到更高的記憶體密度，同時(shí)可以維持高性能。

目前為止，通過(guò)使用先進(jìn)的邊緣光刻技術(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。不過(guò)我們還需要觀察NAND的成本究竟可以降到什么程度。這也就是為什么許多人在尋找替代技術(shù)的緣故。

目前NAND在價(jià)格上還有優(yōu)勢(shì)

Tomaszewski表示："惠普認(rèn)為目前還難以判斷最終贏家。從開(kāi)發(fā)進(jìn)度來(lái)看，PCM可能領(lǐng)先于其他技術(shù)。不過(guò)，我們還需要觀察PCM是否可以大量生產(chǎn)并在繼續(xù)擴(kuò)展的過(guò)程中滿足能耗、容量、可靠性和耐久性方面的要求。"

Objective Analysis 的SSD分析師Jim Handy 表示，PCM可以成為閃存的強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)者，因?yàn)镻CM可以提供和閃存一樣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)PCM還有更高的速度。Objective Analysis是一家半導(dǎo)體市場(chǎng)研究公司。

盡管PCM的發(fā)展后勁很足，但是Handy認(rèn)為PCM的大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)施要到好幾年以后才有可能，也許需要十年。他表示："目前，記憶體生產(chǎn)制程已經(jīng)達(dá)到了34納米。這個(gè)制程需要進(jìn)一步提高到10到12納米。"

Handy表示，PCM最大的挑戰(zhàn)就是成本。他表示，由于缺少足夠的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)出于有限的研發(fā)，第一代PCM芯片可能比DRAM或閃存芯片貴一倍。Handy表示PCM可能無(wú)法在價(jià)格上和NAND閃存競(jìng)爭(zhēng)。NAND現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等設(shè)備上的圖像和視頻存儲(chǔ)。他認(rèn)為NAND可以有足夠的價(jià)格優(yōu)勢(shì)來(lái)阻止PCM的滲透。

Handy指出東芝最近展示了一款采用10納米制程的NAND閃存原型。他表示，隨著芯片大小繼續(xù)縮小，NAND可以同PCM競(jìng)爭(zhēng)。Handy表示："到某個(gè)時(shí)候，NAND閃存將面臨自己的極限，那時(shí)將是PCM或其他競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)起飛的時(shí)候。"

PCM的承諾：更好的數(shù)據(jù)保留

Doller表示，PCM承載著許多期待，這主要是因?yàn)樗�可以將�?shù)據(jù)保留和耐久性脫鉤。他表示："這意味著無(wú)論我們使用100萬(wàn)次PCM還是只使用一次，數(shù)據(jù)保留都是一樣的。"從系統(tǒng)層面的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，使用PCM的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是"故障"永遠(yuǎn)只發(fā)生在寫(xiě)入過(guò)程中。Doller表示："因此，如果我們?cè)趯��?shù)據(jù)寫(xiě)入設(shè)備的過(guò)程中寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)不在那里，那么數(shù)據(jù)可以馬上再寫(xiě)入到另一個(gè)地點(diǎn)。NAND本身有讀取擾動(dòng)(read disturb)機(jī)制，PCM沒(méi)有。"由于PCM有優(yōu)秀的可靠性，Doller預(yù)計(jì)這種技術(shù)將首先在關(guān)鍵應(yīng)用中采用。

三星半導(dǎo)體負(fù)責(zé)PRAM推廣的高級(jí)經(jīng)理Harry Yoon表示，三星預(yù)計(jì)該公司版本的PCM--稱之為相變隨機(jī)記憶體(PRAM)--將在一系列移動(dòng)應(yīng)用中取代NOR閃存。

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