2019-08-28
14:00:16
来源: 半导体行业观察
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据新华网日前报道，江苏时代全芯公司宣布，公司正式推出了基于相变材料的2兆位可编程只读相变存储器“溥元611”。按照相关人士的说法，这是江苏集成电路产业发展史上的一件大喜事，标志着我们打破国外技术垄断、掌握了相变存储器的研发和量产技术。
江苏省工业和信息化厅厅长谢志成表示，江苏省工业和信息化厅将一如既往地支持淮安集成电路产业发展，并希望时代全芯公司继续加大研发投入，不断加快产业化步伐，尽早推出大容量系列存储产品，更好地满足市场需求，让相变存储成为淮安靓丽的“产业名片”，为国家集成电路产业发展大局做出更大的贡献。
而按照时代全芯的说法，他们是全球继三星和美光之后，第三个拥有PCM存储器技术和自主知识产权的公司。据官方资料介绍，时代全芯拥有近400项PCM相关专利的永久使用权，致力于建造自主创新的PCM存储器民族品牌。在建的PCM生产项目总投资130亿元，一期项目投产后，预计可实现销售收入20亿美元以上。
所谓相变存储器，也就是PCM（phase change memory）,这是一种具备DRAM和NAND FLASH优势的存储产品，也被看作下一代存储的潜在继承者。
作为一种由硫族化合物材料构成的新型非易失存储器，PCM是利用材料可逆转的物理状态变化来存储信息，具有非易失性、工艺尺寸小、存储密度高、循环寿命长、读写速度快、功耗低、抗辐射干扰等优点．相变存储器介质材料在一定条件下会在非晶体状态和晶体状态之间发生转变，在此过程中的非晶体状态和晶体状态呈现出不同的电阻特性和光学特性，因此，可以利用“０”和“１”分别表示非晶态和晶态来存储数据．PCM写“１”是一个中温结晶的
过程，即对硫族化合物施加一个时间较长、强度中等的电脉冲进行加热，使其温度上升到结晶温度以上、 溶化温度以下，从而导致结晶，这一过程也被称之为SET过程；
PCM写“０”是一个高温淬火的过程，即使用一个强度很高但作用时间很短的电脉冲，使得硫族化合物材料在温度上升到熔点之上后迅速经历 一个淬火（热量快速释放，降温速率大于109K/S）过程，材料将由熔融状态进入非晶态，这个过程被称之为RESET过程。
综上可以看出，PCM写“１”和写 “０”是不对称的，写“１”变化慢，需要的电流小，写“０” 变化快，需要的电流大，如下图所示（图中坐标为参考值）。
资料显示，与DRAM相比，PCM具有非易失性，可以长期保留数据，工艺制程低，存储规模可扩展性强，不需要刷新，静态功耗低，这些使其在未来内存环境中的应用拥有一定的优势；与NAND FLASH相比，PCM写性能优秀、寿命长、具有位修改特性， 这使其在系统中可以保持高速运行状态而不发生掉速现象，同时可降低存储控制器及缓存开销，相对于NAND FLASH而言，更加适合外存的应用环境。
但与此同时，PCM也尤其短板和不足，如PCM具有相对较大的延迟，写速率无法和DRAM比拟，寿命也相对有限。它们产品容量和存储密度还没有NAND FLASH大，还无法完全替代NAND FLASH在外存系统中的地位。
做种存储的参数对比（来自2012年的论文，数据可能会有滞后，仅供参考）
而与其他新型NVM介质相比，PCM在持久性、功耗或者容量等方面更为优秀，研究相对更加成熟，产业化程度更高，作为各类新型非易失存储器的竞争者具有明显的优势，在45nm工艺制程下已经有Gb级别产品问世，且部分产品已经成熟应用于智能电表、移动终端等设备中。
但正如前面所说，PCM拥有其先天的限制。如其读延迟与DRA M在同一数量级，但写延迟约为DARM的10倍；同时由于PCM写操作需要密集的电流注入，会带来相对DRAM较大的写功耗；且由于电流注入时的热应力等问题，PCM的写入次数有限，其存储单元只能承受上百万次的写操作．针对上述问题，学术界已展开很多研究工作，主要包括通过改变PCM写操作的流程、减少写操作次数和写数据量、 磨损均衡等策略来降低写功耗，提升其性能和寿命。
换而言之，对于PCM来说，要走进主流，还需要经过多重考验。
*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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