相變化內(nèi)存原理分析及設(shè)計使用技巧介紹

　　_NOR+NAND和SRAM或PSRAM

　　_NOR或NAND+DRAM或移動SDRAM

　　這些系統(tǒng)很少用非揮發(fā)性內(nèi)存保存臨時數(shù)據(jù)，也從來不用RAM保存編碼，因為在如果沒電RAM就會失去全部內(nèi)容。相變化內(nèi)存有助于簡化這些配置，保存數(shù)據(jù)和編碼可以只用單一相變化內(nèi)存芯片或一個PCM數(shù)組，在一般情況下就不再需要將非揮發(fā)性內(nèi)存芯片搭配RAM芯片使用。

　　相變化內(nèi)存還有一個好處，程序員現(xiàn)在只需考慮編碼量和數(shù)據(jù)量，而不必?fù)?dān)心編碼和數(shù)據(jù)的儲存空間是兩個分開的儲存區(qū)。如果數(shù)據(jù)儲存空間增加幾個字節(jié)，還可以從編碼儲存空間“借用”儲存空間，這在除相變化內(nèi)存以外的其它任何拓?fù)渲卸际遣豢赡艿摹?/span>

　　相變化內(nèi)存的工作原理

　　相變化內(nèi)存有晶體和非晶體兩種狀態(tài)，正是利用這種特殊材料的變化狀態(tài)決定數(shù)據(jù)位是1還是0。和利用液晶的方向阻擋光線或傳遞光線的液晶顯示器同樣原理，在相變化內(nèi)存內(nèi)，儲存數(shù)據(jù)位的硫系玻璃可以允許電流通過(晶態(tài))，或是阻止電流通過(非晶態(tài))。

　　在相變化內(nèi)存的每個位的位置都有一個微型加熱器，通過熔化然后再冷卻硫系玻璃，來促進(jìn)晶體成長或禁止晶體成長，每個位就會在晶態(tài)與非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換。設(shè)定的脈沖信號將溫度升高到玻璃熔化的溫度，并維持在這個溫度一段時間;一旦晶體開始生長，就立即降低溫度。一個復(fù)位脈沖將溫度升高，然后在熔化材料形成晶體前快速降低溫度，這個過程在該位位置上產(chǎn)生一個非晶或不導(dǎo)電的材料結(jié)構(gòu)(圖2)。

　　加熱器的尺寸非常小，能夠快速加熱微小的硫系材料的位置，加熱時間在納秒量級內(nèi)，這個特性準(zhǔn)許進(jìn)行快速寫入操作、防止讀取操作干擾相鄰的數(shù)據(jù)位。此外，加熱器的尺寸隨著工藝技術(shù)節(jié)點縮小而變小，因此與采用大技術(shù)節(jié)點的上一代相變化內(nèi)存相比，采用小技術(shù)節(jié)點相變化內(nèi)存更容易進(jìn)行寫入操作。相變化內(nèi)存技術(shù)的技術(shù)節(jié)點極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于NAND和NOR閃存(圖3)。

　　相變化內(nèi)存的讀寫速度可媲美閃存，將來會接近DRAM的速度。從系統(tǒng)架構(gòu)角度看，相變化內(nèi)存的優(yōu)點是沒有擦除過程，每個位都可以隨時單獨置位或復(fù)位，不會影響其它的數(shù)據(jù)位，這一點突破了NAND和NOR閃存的區(qū)塊擦除限制。

　　內(nèi)存芯片價格取決于制造成本，Objective Analysis估計。相變化內(nèi)存制造商將會把制造成本逐步降至競爭技術(shù)的水平。相變化內(nèi)存的每gigabyte價格是DRAM的大約25倍，但相變化內(nèi)存的儲存單元比最先進(jìn)的DARM的儲存單元更小，所以一旦工藝和芯片達(dá)到DRAM的水平時，相變化內(nèi)存的制造成本將能夠降到DRAM成本之下。

　　隨著工藝技術(shù)節(jié)點和晶圓直徑達(dá)到DRAM的水平，芯片產(chǎn)量足以影響規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，預(yù)計到2015至2016年，相變化內(nèi)存的每GB(gigabyte)價格將低于DRAM的平均價格。雖然相變化內(nèi)存向多層單元(multi-level cells)進(jìn)化，該技術(shù)制造成本將會降至DRAM價格的二分之一以下，從而成為繼NAND之后第二個成本最低的技術(shù)。再早關(guān)注相變化內(nèi)存技術(shù)也不算早。我們知道閃存正在接近其不可避免的技術(shù)升級的極限，相變化內(nèi)存等技術(shù)必將取而代之。相變化內(nèi)存廠商透露，在2015年左右，這項技術(shù)的價格將會與DRAM的價格持平，屆時相變化內(nèi)存將開啟一個全新的內(nèi)存系統(tǒng)設(shè)計思維方式。