IBM開(kāi)發(fā)3bit/單元的相變存儲器，成本可低于DRAM

　　美國IBM在2016年5月16～18日于法國巴黎舉行的存儲技術(shù)相關(guān)學(xué)會(huì )“IEEE International Memory Workshop”上宣布，該公司的瑞士蘇黎世研究所開(kāi)發(fā)出了一個(gè)存儲單元可記錄2～3bit內容的MLC(Multi Level Cell)及TLC(Triple Level Cell)相變存儲器(PCM)技術(shù)。

　　IBM開(kāi)發(fā)的PCM芯片

　　芯片部分的放大照片。左右側各配置了200萬(wàn)、合計為400萬(wàn)單元陣列。

　　此次試制的是以90nm工藝制作的400萬(wàn)單元陣列的芯片。具體來(lái)說(shuō)，是將兩組200萬(wàn)單元陣列作為4條內存交錯工作。每組單元陣列的尺寸為1000μm×800μm。

　　PCM是即使掉電存儲數據也不會(huì )消失的非易失性存儲器的一種。正如其名，數據記錄利用的是材料的相位變化，具體就是，利用了電阻值會(huì )隨結晶狀態(tài)與非晶狀態(tài)的切換而變化的性質(zhì)。此次，IBM面向PCM采用了Ge2Sb2Te5(GST)這種普通材料。

　　存儲單元的截面照片。通過(guò)在結晶狀態(tài)的GST(c-GST)和非晶狀態(tài)的GST(a-GST)之間切換，使電阻值發(fā)生變化來(lái)記錄數據。

　　與DRAM和NAND閃存等的比較

　　此前的PCM，一直為電阻值不均及會(huì )隨著(zhù)時(shí)間變化和內部噪聲等所困擾。IBM此次通過(guò)在電路上進(jìn)行補償，減輕了這些問(wèn)題，實(shí)現了具有高可靠性的MLC和TLC。

　　據IBM介紹，MLC讀取時(shí)的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間約為0.45μs，快到只有NAND閃存的幾十分之一。價(jià)格可以比DRAM便宜，接近NAND閃存。估算的可擦寫(xiě)次數方面，USB采用的NAND閃存平均約為3000次，而MLC為1000萬(wàn)次以上。

　　但對MLC和TLC的可擦寫(xiě)次數做了實(shí)際驗證的只有400萬(wàn)存儲單元中的64k。因為“對400萬(wàn)存儲單元全部進(jìn)行驗證的話(huà)耗時(shí)太長(cháng)”(IBM)。另外，在實(shí)驗中只確認到100萬(wàn)(106)次。由于驗證是在使溫度在25℃～75℃間上下波動(dòng)等的加速試驗中實(shí)施的，因此推測在實(shí)際使用環(huán)境下能達到1000萬(wàn)(107)次以上。

　　IBM稱(chēng)，此次的新存儲器可成為通用存儲器，即現在使用了多種存儲器的層次結構能用一種存儲器來(lái)實(shí)現。不過(guò)，要想取代DRAM和SRAM，需要進(jìn)一步大幅縮短訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間，并使可擦寫(xiě)次數達到100萬(wàn)億(1014)～1京(1016)次。

　　目前的設想是(1)作為單機型產(chǎn)品的存儲器使用;(2)與NAND閃存結合，作為訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間非常短的緩存使用。“例如，手機等通過(guò)使用PCM記錄OS信息，可以將開(kāi)機時(shí)間縮短至2～3秒”(IBM)。