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技术宅:相变内存解析
  • 2012-12-20 17:13:11
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:王诚
  • 作者:八戒
【电脑报在线】一直以来电路设计师们正在寻求一个能够集成多种存储器类型到同一个芯片上的技术,以获得最佳的性能。更重要的是目前存储器领域正面临着新一轮的变革,预计再过几年DRAM的光刻工艺将达到技术的极限,一旦超过这个极限,可靠性问题将限制隧道氧化物和电介质层厚度的进一步降低,无法再继续缩小尺寸、增加密度。

相变内存,让电脑即开即用!

  电脑之所以不能像家用电器一样即开即用,其最主要的原因就在于采用了DRAM这一存储介质。由于每次断电都会导致随机存储当中的数据丢失,所以在断电之后系统必须重新向RAM中加载数据。

    虽然闪存具有非易失性数据保留的特性,但闪存在写入数据要比在DRAM或SRAM上写入数据慢上千倍,且闪存存储单元有限的读写寿命并不可靠。

    PCM的出现将改变这个游戏规则。每次PCM电压被切断时,材料会停留在暂稳的非晶态状态,这就好象是按了个暂停键,当电压重新接通时,系统仍能“记得”之前停在哪里。PCM这种所具有的数据非易失性将可以计算机和服务器做到真正的即开即用。也许数年后,当你打开电脑,系统能够快速的完成启动并从上次停止的地方开始运行。没有嗡嗡作响的硬盘驱动器或风扇,所有数据都直接从设备内的存储器进行读写。

    当然,要想要实现这一目标我们仍然需要解决很多问题。假如PCM真的取代了硬盘和传统内存,那么就意味着所有数据都将存储在PCM之中,整个数据存取和内存地址分配的机制、规则都将发生彻底的改变,其将导致软件层面和程序架构层面的大规模重新编译。因此PCM除了用在存储系统中,PCM未来最可能的角色是作为DRAM的扩展---充当一个“缓冲池”。DRAM继续作为最接近CPU的存储介质用来保存访问最频繁的那部分数据,而存储容量更大的PCM可用于保存不经常访问的数据。

  

相变内存,距离我们并不遥远

  相变内存不仅为电子电路基本理论的发展提供了实验结果支持,同时也为新技术领域的拓展打下了基础。因此相变内存近年来也被赋予另一项新任务,即取代硬盘成为另一种存储媒体,包括Flash、DRAM等都锁定在此。

    未来它将会朝着两个方向发展:一是Memory(取代传统内存,高速取向),另一则是Storage(取代传统硬盘、光盘,海量取向)。与目前广泛使用的存储器,包括使用闪存作为存储介质的SSD硬盘相比,基于相变内存的存储设备具备耗电量更低、存储密度更大、速度更快、尺寸更小等一系列优点。目前Intel、IBM、Ovonyx(专门从事相变存储领域研究的公司,在该领域拥有众多国际专利和本国专利)、三星、美光、奇梦达、IBM等厂商都纷纷加入了PCM领域的研究,因此相变内存存储技术还很可能将面临与其它新一代存储技术的角逐。


  例如三星在其GT-E2550 GSM手机中使用的就是512MB的PCM存储芯片;美光科技公司Numonyx部门也推出128MB的PCM存储芯片,主要供应给几个网络设备生产商和安全摄像机生产商。单元尺寸与芯片制造成本是影响内存每位成本的两大关键要素。目前的PCM技术生产的主要是单层晶格类型,每个存储单元只能存储一个位,存储容量比较小。在成本上,相变内存的每GB成本大约是DRAM的25倍,但考虑到相变内存的储存单元比最先进的DARM的储存单元更小,所以一旦工艺和芯片达到DRAM的水平时,相变内存的制造成本将能够降到DRAM成本之下。随着工艺技术节点和晶圆直径达到DRAM的水平,预计到2015至2016年,相变内存的每GB价格将低于DRAM的平均价格。

本文出自2012-12-24出版的《电脑报》第51期 E.硬件发烧友
(网站编辑:黄旭)


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