相變化內存原理分析及設計使用技巧介紹

　　_NOR+NAND和SRAM或PSRAM

　　_NOR或NAND+DRAM或移動(dòng)SDRAM

　　這些系統很少用非揮發(fā)性內存保存臨時(shí)數據，也從來(lái)不用RAM保存編碼，因為在如果沒(méi)電RAM就會(huì )失去全部?jì)热?。?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/變化">變化內存有助于簡(jiǎn)化這些配置，保存數據和編碼可以只用單一相變化內存芯片或一個(gè)PCM數組，在一般情況下就不再需要將非揮發(fā)性?xún)却嫘酒钆銻AM芯片使用。

　　相變化內存還有一個(gè)好處，程序員現在只需考慮編碼量和數據量，而不必擔心編碼和數據的儲存空間是兩個(gè)分開(kāi)的儲存區。如果數據儲存空間增加幾個(gè)字節，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)決定數據位是1還是0。和利用液晶的方向阻擋光線(xiàn)或傳遞光線(xiàn)的液晶顯示器同樣原理，在相變化內存內，儲存數據位的硫系玻璃可以允許電流通過(guò)(晶態(tài))，或是阻止電流通過(guò)(非晶態(tài))。

　　在相變化內存的每個(gè)位的位置都有一個(gè)微型加熱器，通過(guò)熔化然后再冷卻硫系玻璃，來(lái)促進(jìn)晶體成長(cháng)或禁止晶體成長(cháng)，每個(gè)位就會(huì )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(gè)溫度一段時(shí)間;一旦晶體開(kāi)始生長(cháng)，就立即降低溫度。一個(gè)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(gè)過(guò)程在該位位置上產(chǎn)生一個(gè)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(shí)間在納秒量級內，這個(gè)特性準許進(jìn)行快速寫(xiě)入操作、防止讀取操作干擾相鄰的數據位。此外，加熱器的尺寸隨著(zhù)工藝技術(shù)節點(diǎn)縮小而變小，因此與采用大技術(shù)節點(diǎn)的上一代相變化內存相比，采用小技術(shù)節點(diǎn)相變化內存更容易進(jìn)行寫(xiě)入操作。相變化內存技術(shù)的技術(shù)節點(diǎn)極限遠遠小于NAND和NOR閃存(圖3)。

　　相變化內存的讀寫(xiě)速度可媲美閃存，將來(lái)會(huì )接近DRAM的速度。從系統架構角度看，相變化內存的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有擦除過(guò)程，每個(gè)位都可以隨時(shí)單獨置位或復位，不會(huì )影響其它的數據位，這一點(diǎn)突破了NAND和NOR閃存的區塊擦除限制。

　　內存芯片價(jià)格取決于制造成本，Objective Analysis估計。相變化內存制造商將會(huì )把制造成本逐步降至競爭技術(shù)的水平。相變化內存的每gigabyte價(jià)格是DRAM的大約25倍，但相變化內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到DRAM的水平時(shí)，相變化內存的制造成本將能夠降到DRAM成本之下。

　　隨著(zhù)工藝技術(shù)節點(diǎn)和晶圓直徑達到DRAM的水平，芯片產(chǎn)量足以影響規模經(jīng)濟效益，預計到2015至2016年，相變化內存的每GB(gigabyte)價(jià)格將低于DRAM的平均價(jià)格。雖然相變化內存向多層單元(multi-level cells)進(jìn)化，該技術(shù)制造成本將會(huì )降至DRAM價(jià)格的二分之一以下，從而成為繼NAND之后第二個(gè)成本最低的技術(shù)。再早關(guān)注相變化內存技術(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，相變化內存等技術(shù)必將取而代之。相變化內存廠(chǎng)商透露，在2015年左右，這項技術(shù)的價(jià)格將會(huì )與DRAM的價(jià)格持平，屆時(shí)相變化內存將開(kāi)啟一個(gè)全新的內存系統設計思維方式。