相變化內存開創(chuàng)新型內存系統(tǒng)設計
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對于一個多級單元架構(MLC)，在一個多噪聲的環(huán)境內，10個電子數(shù)量太少，無法儲存多位數(shù)據(jù)，實際要求每位電子數(shù)量接近100個，遠遠高于10個。即使達到這個指標，如此少的電子數(shù)量使其很難達到現(xiàn)有應用的可靠性要求。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202398.htm相變化內存已經(jīng)上市銷售。三星(Samsung)于2004年發(fā)布一個PRAM原型，是第一個即將投產(chǎn)的相變化內存。不久之后，恒憶(Numonyx)推出了一個相變化內存原型，在2008年底前，已開始限量出貨。從2006年起，BAE系統(tǒng)公司一直在航天航空市場出售C-RAM芯片，這個市場十分關注相變化內存，因為這項技術能夠抵抗阿爾法粒子輻射引起的數(shù)據(jù)位錯誤。
試用過這些芯片的設計人員表示，當使用比較老的傳統(tǒng)的內存技術時，他們必須解決很多技術難題，而這項技術正好能夠協(xié)助他們根除這些問題。
在一個典型的系統(tǒng)中，非揮發(fā)性內存和RAM內存都會被用到，前者用于保存編碼，后者用作高速緩存，有時也用于儲存其它編碼。為了避免使程序員處理不同類型的記憶體，操作系統(tǒng)隱藏了各類內存間的差異，以對其它程序透明的方式，執(zhí)行對揮發(fā)性內存和非揮發(fā)性內存的管理任務，而這大大增加了系統(tǒng)的復雜程度。
即便有了這種輔助功能，當使用只讀編碼儲存空間儲存編碼，以只讀數(shù)據(jù)儲存空間儲存數(shù)據(jù)時，程序員還是受限某些限制。如果編碼或數(shù)據(jù)量大于內存的容量，即便超出一個字節(jié)，那部分儲存空間就必須擴大一倍，導致價格大幅提升。在某些狀況下，使用基于相變化內存的系統(tǒng)就可以避免這個問題。
相變化內存改變了游戲規(guī)則。編碼和數(shù)據(jù)不必再分開儲存在非揮發(fā)性內存和RAM的兩個容量固定的模塊內。編碼和數(shù)據(jù)可以保存在一個內存內。對于小型系統(tǒng)的設計人員，這種方法可以減少芯片數(shù)量，降低功耗。讀寫內存和只讀存儲器之間不再有固定的界限，對于小型系統(tǒng)和大型系統(tǒng)的設計人員是莫大的福音。
閃存的復雜之處
閃存很難管理。曾有設計工程師形容管理閃存的過程是一種“非常復雜的舞蹈”。曾經(jīng)采用NAND或NOR閃存設計系統(tǒng)的工程師可以證實這點，閃存管理需要考慮許多因素，例如：損耗均衡、讀寫同步和壞塊管理，這使閃存管理任務變得極其復雜。
與基于閃存的設計相比，相變化內存帶來的問題非常少。相變化內存支持位元組修改功能，因此沒有NAND和NOR閃存的寫入之前需先擦除區(qū)塊的步驟，因而大幅簡化了寫入操作。在相變化內存內，邏輯1可以變?yōu)檫壿?，反之亦然；所以在寫入操作之前無需進行一次擦除操作，相變化內存的寫入操作更類似于RAM，而不像NAND或NOR閃存。
相變化內存寫入操作速度快，無需NAND或NOR的擦除操作。因此，不再需要同步讀寫功能，程序設計師幾乎不必再寫專門的編碼，以防止在最新的寫入操作附近發(fā)生讀取操作。
相變化內存的隨機尋址類似于NOR或SRAM，非常符合處理器的要求。此外，相變化內存不需要NAND閃存的錯誤校驗功能，因為相變化內存能夠保證所有位保存的數(shù)據(jù)與寫入的數(shù)據(jù)完全相同。
相變化內存根本不需要閃存管理所需的全部算法，例如：損耗均衡和壞塊管理。有人稱相變化內存是“最適合韌體/軟件工程師用的非揮發(fā)性內存”。相變化記憶體另外還有一個好處：編碼儲存區(qū)和數(shù)據(jù)儲存區(qū)之間的界限比以前更加靈活。在今日的設計中，每個內存應用都需要自己獨有的內存拓撲，通常是：
_NOR和SRAM
_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就會失去全部內容。相變化內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)性內存芯片搭配RAM芯片使用。
相變化內存還有一個好處，程序員現(xiàn)在只需考慮編碼量和數(shù)據(jù)量，而不必擔心編碼和數(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，這在除相變化內存以外的其它任何拓撲中都是不可能的。
相變化內存的工作原理
相變化內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，在相變化內存內，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)之間轉換。設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)生一個非晶或不導電的材料結構(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，這個特性準許進行快速寫入操作、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節(jié)點縮小而變小，因此與采用大技術節(jié)點的上一代相變化內存相比，采用小技術節(jié)點相變化內存更容易進行寫入操作。相變化內存技術的技術節(jié)點極限遠遠小于NAND和NOR閃存(圖3)。
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