IBM研发出最新多位相变存储器

2011-7-15 09:04 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,IBM的科学家演示了最新的多位相变存储器,其每个存储格都能长时间可靠地存储多个字节的数据。最新技术让人们朝成本更低、速度更快、更耐用的存储技术前进了一大步,可广泛应用于包括手机在内的消费电子设备、云存储以及对性能要求更高的企业数据存储中。

  相变存储器(PCM)兼具速度快、耐用、非挥发性和高密度性等多种优势于一身,其读写数据和恢复数据的速度是现在应用最广泛的非挥发性存储技术闪存的100倍;断电时,其仍拥有高超的存储能力,也不会造成数据丢失;而且,PCM能耐受1亿次写循环,而目前企业级闪存能耐受3万次写循环,消费级闪存仅为3000次。

  PCM利用材料(由各种不同元素组成的合金)从低电阻值的结晶态转变到高电阻值的非结晶态中电阻值的变化来存储数据字节。在一个PCM单元中,相变材料被放在上下两个电极之间。科学家可以通过施加不同电压或不同强度的电流脉冲来控制相变。这些电压或脉冲会加热材料,当达到不同的温度阈值时,材料会从结晶态变为非结晶态或者相反。

  电极之间有一些材料会根据电压大小的不同发生相变,从而直接影响存储器单元的电阻。科学家们利用了这一点,成功地在一个存储单元中存储了多个字节。在最新研究中,科学家使用四个不同的阻值区来存储字节组合“00”、“01”、“10”和“11”。

  为了达到一定的可靠程度,科学家们利用迭代“写入”方法克服了存储器单元和相变材料本身的多变性所导致的阻值偏移。使用迭代方法,最差情况下的写入延迟也只有10微秒,其性能是目前市场上最先进闪存的100倍。

  另外,为了可靠地读取数据,科学家还使用先进的调制编码技术解决了阻值漂移(由于非结晶态下原子的结构非常松散,相变后,电阻值会随时间的流逝而增加,导致读取数据出现错误)的问题。该编码技术的基本原理是:一般情况下,被编码的电阻值不同的存储器单元之间的相对顺序并不会因为漂移而发生改变。

  最新的PCM测试芯片拥有20万个存储器单元,该数据保存实验进行了5个月,这意味着多位PCM能达到适合实际使用的可靠性。IBM研究院苏黎世研究中心的内存和探测器技术主管哈里斯·波齐迪斯表示:“迄今为止,科学家们只在单字节PCM上证实了可靠的数据存储,这是首次在多位PCM上证实可靠而长久的数据存储,其首次达到了企业应用所要求的可靠性,我们很快能研制出由多位PCM制造的实用的存储设备。PCM将使企业信息技术和存储系统在未来5年发生巨大变化。”