實(shí)現(xiàn)全新存儲(chǔ)器使用模型的新型存儲(chǔ)器--相變存儲(chǔ)器

從下面的幾個(gè)重要特性看，相變存儲(chǔ)器（PCM）技術(shù)均符合當(dāng)前電子系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的需求：

容量
– 因?yàn)橄M(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、通信三合一的應(yīng)用趨勢(shì)，所有電子系統(tǒng)的代碼量都以冪指數(shù)的速率增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速率甚至更快。
帶寬和能耗
– 在應(yīng)用高度融合的電子系統(tǒng)中，為了加快上網(wǎng)速度，采用帶寬衡量系統(tǒng)性能；為了增強(qiáng)產(chǎn)品的移動(dòng)使用性，采用功耗評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能。存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)必須支持市場(chǎng)對(duì)擴(kuò)大帶寬和降低功耗的日益增長(zhǎng)的需求。非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器是降低功耗的最佳方法。
存儲(chǔ)器系統(tǒng)
– 為提高電子系統(tǒng)的總體性能，設(shè)計(jì)人員越來越關(guān)注存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、技術(shù)性能、封裝和接口等參數(shù)。
緩存
– “存儲(chǔ)器系統(tǒng)”概念不支持根據(jù)技術(shù)給存儲(chǔ)器分類，而支持根據(jù)最終設(shè)備的帶寬需求給存儲(chǔ)器分類，從而在克服存儲(chǔ)器技術(shù)上存在的設(shè)計(jì)難題，通過暫時(shí)保留并優(yōu)化組合不同的存儲(chǔ)器技術(shù)，以降低產(chǎn)品的成本，提升系統(tǒng)性能。

帶寬分類
從較高層次上說，我們可以考慮三大帶寬類別：代碼、數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

代碼
– 讀取速度是決定代碼執(zhí)行性能的主要因素。當(dāng)采用下列模式之一時(shí)，代碼執(zhí)行性能取決于執(zhí)行速度：片內(nèi)執(zhí)行(XIP)：采用NOR閃存需要大帶寬，隨機(jī)讀取速度快；存儲(chǔ)和下載(SD)：采用NAND+DRAM存儲(chǔ)器。SD是容量大于1Gb的代碼存儲(chǔ)應(yīng)用廣泛采用的方法。
數(shù)據(jù)流
– 影響數(shù)據(jù)流性能的主要因素是寫入速度。數(shù)據(jù)流通常采用DRAM技術(shù)，但是，容量4GB大于的可以采用NAND+DRAM的方法，主要用于提高容量和降低功耗。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
– 影響數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能的主要因素是存儲(chǔ)器容量和數(shù)據(jù)保存年限。然而，由于存儲(chǔ)器容量正以冪指數(shù)的速率增長(zhǎng)，不同的系統(tǒng)組件之間的延時(shí)可能會(huì)對(duì)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的性能構(gòu)成很大的影響。容量在100GB以下或?qū)π阅苡泻芨叩囊髸r(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通常采用NAND閃存。

圖1 – 高密存儲(chǔ)器技術(shù)概況

PCM升級(jí)能力
硫系 (PCM)薄膜至少在三個(gè)方面的應(yīng)用證明，能夠把PCM存儲(chǔ)單元至少升級(jí)到5nm節(jié)點(diǎn)。PCM技術(shù)升級(jí)面臨的主要挑戰(zhàn)是開關(guān)元器件的升級(jí)。因?yàn)榱蛳当∧げ牧系臓顟B(tài)控制方法的研究和改進(jìn)，PCM耐讀寫能力和寫入速度預(yù)計(jì)在近期內(nèi)會(huì)有大幅提升。隨著制程向最先進(jìn)的光刻技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)軍，PCM的每位成本和寫入性能可望取得巨大進(jìn)步，因?yàn)榇鎯?chǔ)單元在這些技術(shù)節(jié)點(diǎn)可以變得更小。

PCM在嵌入式系統(tǒng)
在嵌入式系統(tǒng)中，PCM通常用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)存儲(chǔ)容量要求較低的系統(tǒng)，容量通常小于大約2Gb，在設(shè)計(jì)上直接從NOR閃存執(zhí)行代碼。在嵌入式系統(tǒng)中，這種存儲(chǔ)器通常還用于保存系統(tǒng)文件。這類系統(tǒng)通常使用DRAM充當(dāng)進(jìn)程暫存器。
在這類系統(tǒng)中，PCM可用作代碼執(zhí)行存儲(chǔ)器，因?yàn)槭且粋€(gè)位可擦除的存儲(chǔ)器，PCM能夠替代系統(tǒng)所需的某些DRAM。
在“存儲(chǔ)和下載存”儲(chǔ)器系統(tǒng)中，PCM可以降低對(duì)DRAM的容量要求，同時(shí)還可滿足對(duì)NAND的容量需求。同時(shí)，在這類系統(tǒng)中使用PCM存儲(chǔ)器可以簡(jiǎn)化被保存在同一存儲(chǔ)器中的文件系統(tǒng)，并提高文件系統(tǒng)性能。

圖2 – SnD和XiP系統(tǒng)架構(gòu)