相变记忆存储将加快SSD转型速度

相变记忆体(PCM)--在英特尔、Numonyx和三星等公司推动下的一种新兴的非易失性技术--可以成为低成本、更可靠、更快的记忆体，并可以替代闪存记忆体。

一些行业内部人士甚至相信PCM有足够的潜力来加快数据存储市场从硬盘驱动器(HDD)转型到固态驱动器(SSD)的进程。

其中一位专家就是Ed Doller。他是Numonyx首席技术官。Numonyx是英特尔与ST Microelectronics的合资公司。Doller表示："PCM是一个非常有前途的闪存替代技术。通过这项技术，业内可以继续自信地进行从HDD到SSD的转型过程。"

PCM还处于初步阶段

不过，PCM仍然还处于初步阶段，而且这个技术还面临着一系列问题。Numonyx和三星(三星为Numonyx的PCM产品设计市场规格)什么时候可以商业化推出PCM产品？PCM产品的价格是否可以和闪存记忆体竞争？

惠普负责行业标准服务器的产品经理Richard Tomaszewski表示："PCM拥有很高的读取/写入速度，以及低易失性和高存储密度。PCM可以避免NAND的缺点以及传统硬盘驱动器的限制。因此，一些人认为PCM将成为继NAND闪存记忆体技术之后的下一代技术。"

不过，Tomaszewski表示业内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)--这些技术也有可能成为可行的替代技术。

Tomaszewski表示："这些技术还需要进一步的测试和开发才能证明它们是否是可行的。高数量和高产出率是成功的技术转型的关键。"要替代现有技术，新技术必须在可靠性、耐久性和服务寿命上与原来技术持平或比原来技术更好。他表示新技术需要数年时间从实验室阶段转向生产阶段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。

相变记忆体到底是什么？

Doller表示，PCM拥有高性能和低能耗的特性，能够在一个芯片上结合NOR、NAND和RAM的最佳特质。他表示这些特质包括：比特可变性、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。

比特可变性：和RAM或EEPROM(电可擦可编程只读存储器)一样，PCM是比特可变的--也就是说存储的信息可以从1切换成0，或从0切换成1，这个过程中无需擦除步骤。闪存记忆体技术需要单独的擦除步骤来改变信息。

非易失性：PCM是非易失的，就像NOR闪存和NAND闪存一样。PCM不需要持续的电源供应来保持信息，而RAM则需要。

读取性能：和RAM或NOR闪存记忆体一样，PCM拥有很高的随机读取访问速度。这使得系统可以直接从记忆体执行代码，不需要复制到RAM再执行。PCM的读取延迟可以媲美NOR闪存，同时PCM的读取带宽可以媲美DRAM(动态随机读取记忆体)。

写入/擦除性能：PCM的读取吞吐速率将比NAND更快，同时延迟性更低。这些特性，再加上不需要单独擦除步骤(比特可变性)的特性，使得PCM相比NOR和NAND闪存具有明显的写入性能优势。

可扩展性：扩展性是PCM与众不同的另一个地方。NOR和NAND都需要依赖浮闸记忆体结构，而这些结构很难缩减。随着闪存上记忆体单元缩小，存储在浮闸上的电子元件也缩减。由于PCM不需要存储电子元件，因此它不需要面对电子元件存储扩展问题。

最近，英特尔和Numonyx研究者们展示了一款64MB测试芯片。在这一块芯片上放置了数层PCM阵列。这些阵列的布局提供了良好的可扩展性，可以达到更高的记忆体密度，同时可以维持高性能。

目前为止，通过使用先进的边缘光刻技术，NAND闪存技术的成本已经降到了一个非常低的水平。不过我们还需要观察NAND的成本究竟可以降到什么程度。这也就是为什么许多人在寻找替代技术的缘故。

目前NAND在价格上还有优势

Tomaszewski表示："惠普认为目前还难以判断最终赢家。从开发进度来看，PCM可能领先于其他技术。不过，我们还需要观察PCM是否可以大量生产并在继续扩展的过程中满足能耗、容量、可靠性和耐久性方面的要求。"

Objective Analysis 的SSD分析师Jim Handy 表示，PCM可以成为闪存的强劲竞争者，因为PCM可以提供和闪存一样的优点，同时PCM还有更高的速度。Objective Analysis是一家半导体市场研究公司。

尽管PCM的发展后劲很足，但是Handy认为PCM的大规模生产和实施要到好几年以后才有可能，也许需要十年。他表示："目前，记忆体生产制程已经达到了34纳米。这个制程需要进一步提高到10到12纳米。"

Handy表示，PCM最大的挑战就是成本。他表示，由于缺少足够的规模经济性，同时出于有限的研发，第一代PCM芯片可能比DRAM或闪存芯片贵一倍。Handy表示PCM可能无法在价格上和NAND闪存竞争。NAND现在已经广泛应用于智能手机等设备上的图像和视频存储。他认为NAND可以有足够的价格优势来阻止PCM的渗透。

Handy指出东芝最近展示了一款采用10纳米制程的NAND闪存原型。他表示，随着芯片大小继续缩小，NAND可以同PCM竞争。Handy表示："到某个时候，NAND闪存将面临自己的极限，那时将是PCM或其他竞争性技术起飞的时候。"

PCM的承诺：更好的数据保留

Doller表示，PCM承载着许多期待，这主要是因为它可以将数据保留和耐久性脱钩。他表示："这意味着无论我们使用100万次PCM还是只使用一次，数据保留都是一样的。"从系统层面的设计来说，使用PCM的另一个优势就是"故障"永远只发生在写入过程中。Doller表示："因此，如果我们在将数据写入设备的过程中写入显示数据不在那里，那么数据可以马上再写入到另一个地点。NAND本身有读取扰动(read disturb)机制，PCM没有。"由于PCM有优秀的可靠性，Doller预计这种技术将首先在关键应用中采用。

三星半导体负责PRAM推广的高级经理Harry Yoon表示，三星预计该公司版本的PCM--称之为相变随机记忆体(PRAM)--将在一系列移动应用中取代NOR闪存。

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