相變存儲(chǔ)器(PCM)與存儲(chǔ)器技術(shù)簡(jiǎn)介

相變存儲(chǔ)器(PCM)是新一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)。透過(guò)比較PCM與現(xiàn)有的SLC和MLC NAND快閃存儲(chǔ)器以及硬碟驅(qū)動(dòng)器(HDD) 和固態(tài)硬碟(SSD)等系統(tǒng)解決方案，*估PCM的相對(duì)成本、效能和可靠度，可以了解PCM適用于哪里些應(yīng)用領(lǐng)域，以及這項(xiàng)新技術(shù)的潛在價(jià)值。

當(dāng)探討PCM在存儲(chǔ)器領(lǐng)域的定位時(shí)，必須注意其為具有重要優(yōu)勢(shì)的補(bǔ)充技術(shù) (特別是當(dāng)系統(tǒng)需求是重要的考慮因素的情況)，而非替代其它存儲(chǔ)器的儲(chǔ)存技術(shù)。不論是作為RAM還是NAND快閃存儲(chǔ)器的補(bǔ)充，只要使用適量的PCM就能改進(jìn)企業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)和電子商務(wù)等高端應(yīng)用的可靠度和處理效能。

圖1 PCM并非取代現(xiàn)有的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，而是可以作為互補(bǔ)

圖2 相變存儲(chǔ)器(PCM)集其它類(lèi)型存儲(chǔ)器的突出優(yōu)點(diǎn)于一身，為高端應(yīng)用和無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供新的選擇

PCM是利用材料中的可逆相態(tài)變化來(lái)儲(chǔ)存信息的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。物質(zhì)以多種相態(tài)存在，如固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、凝結(jié)和離子。PCM 依賴(lài)于材料在不同相變時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的不同的電阻率特性。恒憶的PCM采用一種由鍺、銻和碲三種元素組成的叫做GST的合金材料(Ge2Sb2Te5)。在非結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，GST合金的分子結(jié)構(gòu)雜亂無(wú)序，因而電阻率也較高。相比之下，在晶體狀態(tài)時(shí)，GST的分子結(jié)構(gòu)整齊有序，電阻率相對(duì)較低。PCM的技術(shù)基礎(chǔ)就是利用材料電阻率在兩個(gè)相態(tài)之間的差異性。透過(guò)注入電流，可在材料局部產(chǎn)生強(qiáng)烈的焦耳熱效應(yīng)，引發(fā)相態(tài)變化。透過(guò)調(diào)整電壓大小和施加的電流時(shí)長(zhǎng)，可以調(diào)整最終的材料相態(tài)。

PCM有一些有趣的特性：如同NOR和NAND快閃存儲(chǔ)器，PCM也是非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)之一，因此保存資料并不需要重啟電源。PCM 具備位元可修改功能，存儲(chǔ)器保存的信息可以從1切換到0或者從0切換到1，無(wú)需單獨(dú)的抹除步驟。PCM的特點(diǎn)是隨機(jī)讀取時(shí)間短。這個(gè)特性使處理器可直接從存儲(chǔ)器執(zhí)行代碼，無(wú)需把代碼復(fù)制到RAM的中間過(guò)程。PCM讀取延時(shí)與每單元中任一位元的NOR快閃存儲(chǔ)器相當(dāng)，而讀取效能則可與DRAM存儲(chǔ)器媲美。PCM的寫(xiě)入速度可達(dá)到NAND快閃存儲(chǔ)器的水平，因?yàn)椴恍枰獑为?dú)的抹除步驟，PCM的寫(xiě)入延時(shí)更短。相比之下，NOR快閃存儲(chǔ)器的寫(xiě)入速度中等，但是抹除操作時(shí)間較長(zhǎng)。