相變存儲器(PCM)單元中儲存多個(gè)位元的方法

BM蘇黎世研究中心的科學(xué)家們日前表示，已經(jīng)發(fā)現能夠可靠地在相變存儲器(PCM)單元中儲存多個(gè)位元的方法。該小組采用90nm工藝技術(shù)，在200k單元陣列中實(shí)現了每存儲單元為四層(2位元)，并表示已開(kāi)發(fā)出一種編碼方法，能克服材料隨時(shí)間松弛的特性。該mushroom type存儲器單元帶有摻雜的Ge2Sb2Te5以作為相變材料。

　　相變存儲器是一種透過(guò)使用電加熱方式以改變材料相位和硫化層阻抗為基礎的非揮發(fā)性存儲器。它被喻為可取代既有閃存和DRAM的可能候選技術(shù)，但這項技術(shù)卻難以用在90nm以下工藝。

　　不過(guò)，IBM指出，結合了速度、耐用性、非揮發(fā)性和密度等特性，PCM可望在未來(lái)五年內于企業(yè)IT和儲存系統領(lǐng)域中開(kāi)啟全新的范式轉移(paradigm shift)。

　　IBM蘇黎士研究人員的最主要頁(yè)獻之一，是可用于小型存儲器單元叢集的調變編碼方案，以克服多位元PCM的短期漂移問(wèn)題──該問(wèn)題可能導致儲存阻抗位準隨時(shí)間漂移，從而引發(fā)讀取錯誤。

　　在目前的工作中，IBM的科學(xué)家使用基于電極之間不同非晶、結晶比例的四種不同阻抗位準，來(lái)儲存00,01,10和11等位元組合。

　　“我們以來(lái)自理想位準的偏差為基礎來(lái)施加電壓，而后再測量阻抗。若未達到阻抗的理想位準，我們便會(huì )施加其他的電壓脈沖并再次測量，直到我們獲得精確的位準為止， ”IBM蘇黎士研究院的存儲器和探測技術(shù)經(jīng)理Haris Pozidis說(shuō)。

　　編碼技術(shù)克服漂移容差

　　但是，由于非晶狀態(tài)的原子結構松弛，因此在相位變化后隨時(shí)間而增大的阻抗，最終將導致讀取錯誤，IBM表示。為了克服這個(gè)問(wèn)題，IBM提出了一種編碼技術(shù)，據稱(chēng)可容忍這些漂移。該技術(shù)是以平均而言，具有不同阻抗位準的相對編程單元順序并未因漂移而改變這一事實(shí)為基礎。因此，在編碼字元中對資料編碼，也可應用在存儲單元叢集中，在這種情況下，便有可能耗用些許存儲器密度來(lái)改善位元錯誤率。

　　IBM表示，在室溫下，經(jīng)過(guò)37天測試后，每一個(gè)1.57位元的單元位元錯誤率為1/100,000。與傳統糾錯編碼方案相比，新方法可望將整體錯誤率降至1/10^15甚至更低，但這還需要實(shí)際應用在存儲器元件中。

　　Pozadis指出，“我們不相信這會(huì )是根本上的限制，我們相信未來(lái)將能擴展到每單元3位元甚至4位元。”他同時(shí)證實(shí)，采用迭代編程和編碼對較慢的編程和讀取時(shí)間是有影響的。還必須考慮到晶粒面積，他說(shuō)，因為必須使用到參考單元，而且還需要提供編解碼硬體部份。

　　其PCM測試芯片是由位在佛蒙特州伯靈頓，約克城高地(Yorktown Heights)，紐約和蘇黎世的科學(xué)家及工程師們共同設計及制造。