有望取代闪存的新型非易失性技术--相变内存

相变内存（Phase Change Memory，PCM）是一项以Intel、Numonys和三星等厂商为先驱的新型非易失性技术，可以成为取代闪存的一种低成本、更可靠、更快速和更好的技术。

一些业内人士甚至认为，相变内存具有加速数据存储市场从硬盘向固态盘过渡的潜力。其中一位就是Numonyx首席技术官Ed Doller。Numonyx是一家由Intel以及ST Microelectronics创建的合资公司。

Doller表示：“PCM是一项非常有前景的闪存替代技术，它将让整个行业继续自信地从HDD过渡到SSD。”

仍处于初期阶段的PCM

然而，PCM仍然处于试制晶圆的阶段，这项技术还要面临一系列问题。Numonyx和三星公司（三星正在针对Numonyx的PCM产品开发市场规范）什么时候可以交付具有商业价值的产品呢？这种产品的成本是否能够与闪存在价格方面一较高下？

惠普行业标准服务器产品经理Richard Tomaszewski表示：“PCM具有较高的读写速度、低易失性和高存储密度，能够弥补NAND闪存的缺点以及传统硬盘的局限性。因此，有些人认为PCM将成为继NAND闪存之后的下一代技术。”

不过Tomaszewski表示，还有一些其他非易失性记忆体技术——包括电阻记忆体（RRAM）和自旋极化随机存取记忆体（STTRAM）——可能成为可行的替代技术。

Tomaszewski表示：“这些技术仍然需要进一步的测试和开发来证明他们是否可靠。高数量和高产出率是成功的技术转型的关键。”

他表示，为了取代现有技术，新技术必须在可靠性、耐用性以及服务寿命等方面与现有技术持平或者更好。

他说，一项新技术从试制晶圆到投入生产可能需要数年时间以便获得足够的产量来达到规模可行性并满足可靠性和耐久性预期。

相变内存到底是什么？

Doller表示，PCM提供了高性能和低能耗，在一个芯片上结合了NOR、NAND和RAM的最佳特性，包括：位可变性、非易失性、高读取速度、高写入/擦除速度以及良好的可扩展性。

位可变性：PCM与RAM或者EEPROM类似，都是位可变的——也就是存储信息可以从1切换到0，或者从0切换到1，不再需要另外的擦除步骤。闪存技术一般都要求擦除步骤以变更信息。

非易失性：PCM是非易失性的，就像NOR闪存和NAND闪存一样。PCM不要求有持续的供电以保留信息，而RAM是需要的。

读取性能：与RAM和NOR闪存一样，PCM也具有高速随机读取的特点。这样可以直接从存储执行代码，不需要复制到RAM再执行。PCM的读取延迟接近于NOR闪存每单元的一个字位，而读取带宽则接近DRAM。

写入/擦除性能：PCM的写入吞吐速率高于NAND闪存，且延迟更低。这些特性，再加上不需要擦除步骤（位可变性），使PCM具有明显超出NOR和NAND闪存的性能。

可扩展性：可扩展性是PCM另外一个与众不同的地方。NOR和NAND闪存都依赖于浮闸内存结构，而这些结构很难缩减。随着闪存中内存单元不断缩减，保存在浮闸上的电子数量也在减少。因为PCM不保存电子，所以它不需要面对电子保存扩展问题。

最近，Intel和Numonyx研究人员展示了一个堆叠了多层PCM阵列的64MB测试芯片。这些阵列层提供了达到更高记忆密度的可扩展性，同时保存了较高的性能。

到目前为止，由于采用了尖端的微影技术，NAND闪存技术的成本已经降到了一个非常低的水平，但是究竟它还能降到什么水平，这仍有待关注。这就是为什么很多人在寻找替代技术的原因。

价格目前是NAND闪存的优势之一

Tomaszewski表示：“惠普认为，现在说谁是最后的赢家还为时尚早。从开发进度来看，PCM似乎是领先于其他技术。但是PCM能否大量生产并在继续扩展的同时满足能源、容量、可靠性和耐用性等方面的要求，这还有待考察。”

Objective Analysis固态盘分析师Jim Handy表示，PCM可能成为闪存强有力的竞争对手，因为它与闪存一样具备更高速度的优点。

尽管PCM增长势头愈发明显，但是Handy认为这项技术的大规模生产和实施要等到几年之后了，也许还要十年时间。

他说：“目前，内存的制程工艺已经到了34nm，现在需要进一步达到10～12nm。”

Handy表示，PCM所面临的最大挑战就是成本。

他说，由于经济规模不足和研发的局限性，第一代PCM芯片可能比现有DRAM和闪存芯片贵一倍。

Handy指出，东芝最新展示了一款基于10nm制程工艺的NAND闪存原型。

他说，随着芯片尺寸越来越小，NAND闪存将可以与PCM匹敌。他说：“也许在未来的某个时候，NAND闪存将达到自己的极限，这也将是PCM或者其他竞争技术起飞的时候。”

PCM的承诺：更好的数据保留

Doller表示，PCM承载了许多期待，主要因为它的数据保留和耐用性不是相互制约的。

他表示：“这意味着，不管我们循环使用PCM内存设备100万次还是仅仅一次，数据保留都是一样的。”

另外一个让PCM更易于使用在系统级设计中的现象就是，PCM的“故障”总是发生在写入过程中的。

Doller表示：“因此，如果我们将数据写入PCM内存设备中，写入校验功能显示数据不在那里，那么数据就会立即被重新写入到另外一个位置。与NAND闪存不同，PCM不会受本身固有的读取干扰机制所影响。”

因为PCM具有出色的可靠性，所以Doller认为这项技术将最先被应用于有最关键要求的应用中。

三星PRAM高级营销经理Harry Yoon表示，三星预计他们自己版本的PCM——成为相变随机内存（PRAM）——将在一系列移动应用中取代NOR闪存的位置。