PCM相變存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)器中的一種類型，很多場(chǎng)景下PCM相變存儲(chǔ)器更加適用。為增進(jìn)大家對(duì)PCM相變存儲(chǔ)器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)PCM相變存儲(chǔ)器的發(fā)展現(xiàn)狀以及PCM相變存儲(chǔ)器的技術(shù)特點(diǎn)予以介紹。如果你對(duì)PCM相變存儲(chǔ)器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PCM相變存儲(chǔ)器發(fā)展現(xiàn)狀如何

IBM首次探索相變存儲(chǔ)器的商業(yè)化，2006年，Intel和Samsung相繼推出了首款商用PCRAM芯片，引發(fā)了國際廠商對(duì)PCM技術(shù)的競(jìng)相布局。在技術(shù)層面，各家廠商各有側(cè)重：英特爾與美光專注于可堆疊型PCM的研發(fā)，IBM則大力投入PCM多值技術(shù)的研究，而意法半導(dǎo)體在嵌入式PCM芯片(ePCM)領(lǐng)域保持領(lǐng)先。2015年，Intel推出3D XPoint技術(shù)，其存儲(chǔ)容量接近NAND Flash，讀寫速度則與DRAM相當(dāng)。但遺憾的是，隨著英特爾傲騰內(nèi)存業(yè)務(wù)的終止，3D XPoint內(nèi)存技術(shù)也未能持續(xù)發(fā)展。

目前，相變存儲(chǔ)器（PCM）在主流市場(chǎng)，尤其是與DRAM和NAND FLASH所占據(jù)的市場(chǎng)，尚未能推出具有顯著競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。盡管我國PCM行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，已有多家企業(yè)涉足其生產(chǎn)，如納思達(dá)股份、時(shí)代全芯（AMT）、東芯股份等。值得一提的是，時(shí)代全芯成為我國首家擁有相變存儲(chǔ)技術(shù)的企業(yè)，并已具備PCM量產(chǎn)能力。然而，其在江蘇淮安建設(shè)的相變存儲(chǔ)芯片晶圓線因良率低和持續(xù)虧損等問題面臨資金斷裂困境，最終在2023年申請(qǐng)破產(chǎn)。目前，中國大陸尚無其他企業(yè)宣稱擁有大規(guī)模量產(chǎn)相變存儲(chǔ)芯片晶圓線的能力。

面對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)面臨的“性能墻”和“存儲(chǔ)墻”挑戰(zhàn)，業(yè)界仍在持續(xù)研發(fā)PCM技術(shù)。從產(chǎn)品性能和成本角度看，相變存儲(chǔ)器（PCM）在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，有望替代部分服務(wù)器DRAM。然而，其在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的大規(guī)模推廣仍面臨諸多限制，主要包括技術(shù)成熟度、成本問題以及市場(chǎng)需求等。

二、相變存儲(chǔ)器的技術(shù)特點(diǎn)

相變存儲(chǔ)器具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可嵌入功能強(qiáng)、優(yōu)異的可反復(fù)擦寫特性、穩(wěn)定性好以及和ＣＭＯＳ工藝兼容等。到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)ＰＣＲＡＭ 有明確的物理極限，研究表明 相變材料的厚度降至２ｎｍ時(shí)，器件仍然能夠發(fā)生相變。因而，ＰＣＲＡＭ 被認(rèn)為是最有可能解決存儲(chǔ)技術(shù)問題、取代目前主流的存儲(chǔ)產(chǎn)品，成為未來通用的新一代非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件之一。

相變存儲(chǔ)器提高存儲(chǔ)容量的方式有兩種：一種是三維堆疊，還有一種是多值技術(shù)。英特爾和美光重點(diǎn)突破的是三維堆疊技術(shù)，而IBM在多值存儲(chǔ)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。

三維堆疊技術(shù)通過芯片或器件在垂直方向的堆疊，可以顯著增加芯片集成度，是延續(xù)摩爾定律的一種重要技術(shù)。交叉堆疊(cross point)的三維存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于非易失存儲(chǔ)器，英特爾和美光共同研發(fā)的3D Xpoint技術(shù)，便是一種三維交叉堆疊型相變存儲(chǔ)器。當(dāng)前，三維新型非易失存儲(chǔ)器的研究主要集中在器件和陣列層面。與傳統(tǒng)的二維存儲(chǔ)器不同，三維相變存儲(chǔ)器采用了新型的雙向閾值開關(guān)（Ovonic Threshold Switch，OTS）器件作為選通器件(selector)。根據(jù)OTS器件的物理特性和三維交叉堆疊陣列結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，三維交叉堆疊型相變存儲(chǔ)器采用一種V/2偏置方法以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元的操作。

IBM是相變存儲(chǔ)器多值存儲(chǔ)技術(shù)的推進(jìn)者，其每個(gè)存儲(chǔ)單元都能長(zhǎng)時(shí)間可靠地存儲(chǔ)多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)多位存儲(chǔ)，IBM的科學(xué)家開發(fā)出了兩項(xiàng)創(chuàng)新性的使能技術(shù)：一套不受偏移影響單元狀態(tài)測(cè)量方法以及偏移容錯(cuò)編碼和檢測(cè)方案。更具體地說，這種新的單元狀態(tài)測(cè)量方法可測(cè)量PCRAM單元的物理特性，檢測(cè)其在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是否能保持穩(wěn)定狀態(tài)，這樣的話其對(duì)偏移就會(huì)不敏感，而偏移可影響此單元的長(zhǎng)期電導(dǎo)率穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)單元上所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)在環(huán)境溫度波動(dòng)的情況下仍能獲得額外的穩(wěn)健性（additional robustness），IBM的科學(xué)家采用了一種新的編碼和檢測(cè)方案。這個(gè)方案可以通過自適應(yīng)方式修改用來檢測(cè)此單元所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電平閾值，使其能隨著溫度變化引起的各種波動(dòng)而變化。因此，這種存儲(chǔ)器寫入程序后，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都能可靠地讀取單元狀態(tài)，從而可提供較高的非易失性。

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