IBM開發(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相關學會“IEEE International Memory Workshop”上宣布，該公司的瑞士蘇黎世研究所開發(fā)出了一個存儲單元可記錄2～3bit內(nèi)容的MLC(Multi Level Cell)及TLC(Triple Level Cell)相變存儲器(PCM)技術。

　　IBM開發(fā)的PCM芯片

　　芯片部分的放大照片。左右側(cè)各配置了200萬、合計為400萬單元陣列。

　　此次試制的是以90nm工藝制作的400萬單元陣列的芯片。具體來說，是將兩組200萬單元陣列作為4條內(nèi)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(shù)據(jù)也不會消失的非易失性存儲器的一種。正如其名，數(shù)據(jù)記錄利用的是材料的相位變化，具體就是，利用了電阻值會隨結(jié)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。通過在結(jié)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)生變化來記錄數(shù)據(jù)。

　　與DRAM和NAND閃存等的比較

　　此前的PCM，一直為電阻值不均及會隨著時間變化和內(nèi)部噪聲等所困擾。IBM此次通過在電路上進行補償，減輕了這些問題，實現(xiàn)了具有高可靠性的MLC和TLC。

　　據(jù)IBM介紹，MLC讀取時的訪問時間約為0.45μs，快到只有NAND閃存的幾十分之一。價格可以比DRAM便宜，接近NAND閃存。估算的可擦寫次數(shù)方面，USB采用的NAND閃存平均約為3000次，而MLC為1000萬次以上。

　　但對MLC和TLC的可擦寫次數(shù)做了實際驗證的只有400萬存儲單元中的64k。因為“對400萬存儲單元全部進行驗證的話耗時太長”(IBM)。另外，在實驗中只確認到100萬(106)次。由于驗證是在使溫度在25℃～75℃間上下波動等的加速試驗中實施的，因此推測在實際使用環(huán)境下能達到1000萬(107)次以上。

　　IBM稱，此次的新存儲器可成為通用存儲器，即現(xiàn)在使用了多種存儲器的層次結(jié)構能用一種存儲器來實現(xiàn)。不過，要想取代DRAM和SRAM，需要進一步大幅縮短訪問時間，并使可擦寫次數(shù)達到100萬億(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(jié)合，作為訪問時間非常短的緩存使用。“例如，手機等通過使用PCM記錄OS信息，可以將開機時間縮短至2～3秒”(IBM)。