英特爾和美光明年量產(chǎn)新一代非易失性存儲(chǔ)器

　　英特爾和美光科技于2015年7月28日發(fā)布了“3D XPoint技術(shù)”，英特爾稱(chēng)其為“自1989年NAND閃存問(wèn)世以來(lái)，內(nèi)存技術(shù)時(shí)隔25年多取得的新突破”。兩家公司還利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)出了NAND閃存中比較普遍的容量為128GB的芯片。

　　設(shè)想應(yīng)用于需要快速處理大量數(shù)據(jù)的領(lǐng)域。例如采用8K超高精細(xì)影像的游戲、面部識(shí)別及語(yǔ)音識(shí)別等圖案匹配、基因分析等。

　　兩家公司將于2015年底向特定客戶(hù)供應(yīng)樣品，2016年正式開(kāi)始銷(xiāo)售。

　　訪問(wèn)時(shí)間與DRAM相當(dāng)

　　簡(jiǎn)單地概括其特點(diǎn)，可以說(shuō)3D XPoint是訪問(wèn)時(shí)間與DRAM相當(dāng)?shù)母呙芏却鎯?chǔ)技術(shù)。不過(guò)，該技術(shù)也有局限性，包括可擦寫(xiě)次數(shù)不足以取代DRAM、取代NAND閃存的成本較高等。

　　英特爾等公布了以下三項(xiàng)性能：(1)訪問(wèn)時(shí)間為數(shù)十ns，只有NAND閃存的1/1000，(2)可擦寫(xiě)次數(shù)為數(shù)千萬(wàn)(接近108)次，是NAND閃存的1000倍，(3)內(nèi)存單元的密度是DRAM的10倍。

　　雖然訪問(wèn)時(shí)間與DRAM相當(dāng)，但單元密度與NAND閃存處于同等水平。不過(guò)，可擦寫(xiě)次數(shù)與DRAM相比還有很大差距。雖然大幅高于NAND閃存，但用于需要擦寫(xiě)1014～1015次的主存儲(chǔ)器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　英特爾副總裁、非易失存儲(chǔ)器解決方案事業(yè)部總經(jīng)理Rob Crooke表示，“成本將介于(每GB成本在幾十～一百日元的)DRAM與(每GB成本為幾日元的)NAND之間”。不過(guò)從目前來(lái)看，其價(jià)格可能接近DRAM。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/美光">美光首席執(zhí)行官M(fèi)ark Durcan說(shuō)，“NAND閃存的成本非常低，新技術(shù)不會(huì)對(duì)其構(gòu)成威脅”。

　　結(jié)構(gòu)與相變存儲(chǔ)器專(zhuān)利相似

　　英特爾等對(duì)3D XPoint做了如下介紹：(1)是基于2層以上交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的電阻變化型非易失性存儲(chǔ)器，(2)材料以化合物為基礎(chǔ)，(3)名為“選擇器(Selector)”的取代晶體管的開(kāi)關(guān)技術(shù)是一大關(guān)鍵，(4)兩家公司都從10多年以前就開(kāi)始研究，從2012年開(kāi)始合作開(kāi)發(fā)(圖1(a))。

　　圖1：可能采用相變存儲(chǔ)器技術(shù)

　　3D XPoint的結(jié)構(gòu)(a)和美光于2015年3月公布的基于交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)器專(zhuān)利(US20150074326)中的元件結(jié)構(gòu)(b)。除有無(wú)中間電極等之外，結(jié)構(gòu)基本一致。(圖：(a)由英特爾提供，(b)中的紅字和紅框是本站記者添加的) (點(diǎn)擊放大)

　　但是，英特爾和美光并未公布具體采用了哪種非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。NAND閃存以外的非易失性存儲(chǔ)器都屬于電阻變化型。因此，各新聞媒體有著各種不同的揣測(cè)。

　　目前，日經(jīng)技術(shù)在線預(yù)測(cè)最有可能的是相變存儲(chǔ)器(PCM或PCRAM)。PCM的原理是，材料受熱量影響在非晶態(tài)和晶體態(tài)之間切換，電阻值會(huì)隨之發(fā)生變化。這也是英特爾和美光都擁有悠久開(kāi)發(fā)歷史的技術(shù)。

　　尤其是美光于2015年3月公開(kāi)的PCM專(zhuān)利，其結(jié)構(gòu)與3D XPoint相似(圖1(b))。這項(xiàng)專(zhuān)利中的選擇器采用的技術(shù)是，利用與相變存儲(chǔ)器材料基本相同的材料實(shí)現(xiàn)了電流開(kāi)關(guān)功能。

　　PCM在訪問(wèn)時(shí)間、可擦寫(xiě)次數(shù)及單元密度等性能方面也與3D XPoint基本一致(表1)。部分媒體認(rèn)為，雖然ReRAM被看好，但ReRAM的瓶頸在于可擦寫(xiě)次數(shù)較少。還有媒體推測(cè)3D XPoint與名為CeRAM*的PCM技術(shù)接近。但是，CeRAM還處于開(kāi)發(fā)初期，并且使用不能稱(chēng)作化合物的氧化鎳(NiO)。

　　表1：3D Xpoint與新一代非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)群進(jìn)行比較

　　* CeRAM：correlated electron RAM。將氧化鎳(NiO)作為相變材料的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。利用“量子相變”性質(zhì)，即材料的能帶結(jié)構(gòu)在金屬與半導(dǎo)體之間切換的性質(zhì)。思美公司(Symetrix)是目前該技術(shù)的主要開(kāi)發(fā)者。

　　而由PCM發(fā)展而來(lái)、提高了數(shù)據(jù)讀取時(shí)的吞吐量等的TRAM*也有2MB的試制品，3D XPoint也有可能采用這項(xiàng)技術(shù)。 (記者：野澤 哲生)

　　* TRAM：topological switching RAM。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所和日本超低電壓元器件技術(shù)研究聯(lián)盟(LEAP)開(kāi)發(fā)的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。通過(guò)優(yōu)化PCM的晶體結(jié)構(gòu)、縮短相變時(shí)的原子移動(dòng)距離等，將數(shù)據(jù)讀取寫(xiě)入時(shí)的吞吐量提高到了PCM的3倍