Специалисты нашей компании на ежегодном тематическом форуме IEEE International Memory Workshop в Париже представили рабочий прототип памяти на основе фазового перехода (Phase-change memory, PCM). В каждой ячейке памяти хранится по три бита данных. Тестовый образец создан по 90-нм КМОП техпроцессу и представлен в виде массива ёмкостью 32 Мбит.
По мнению разработчиков, такая память очень перспективна, поскольку она способна выдержать несколько миллионов циклов записи. В то же время обычная flash-память — не более 3000 циклов перезаписи. Скорость работы РСМ памяти примерно равна скорости работы оперативной памяти. Если разработку удастся запустить в массовое производство, это позволит получить универсальную память, причем уже в недалеком будущем. Ну а сейчас компания планирует использовать PCM чипы для SSD, а также в виде буферной памяти для SSD с NAND-флэш в качестве основы.
Интересно, что PCM-память сама по себе не является новинкой. Но эта разработка пока так и не получила широкого распространения из-за своей основной проблемы — низкой плотности записи. Трехбитовая же ячейка PCM решает эту проблему. Ранее проблему низкой плотности записи PCM памяти пытались решить компании Intel и Micron, представившие многослойную 3D структуру в виде 3D XPoint памяти. Да, это также решение проблемы, но трехбитовая память дешевле и несколько проще в производстве. Кроме того, однослойная структура надежнее, чем многослойная, и в последнем случае массовое производство чревато риском получить большое число бракованных элементов.
Как работает PCM память
У соединений, которые используются в памяти такого типа, есть два физических состояния — аморфное (без четко выделенной кристаллической структуры) и кристаллическое (где четко видна данная структура). Переход из одного состояния в другое происходит при воздействии на соединение электрического тока. Аморфное состояние, обладающее высоким сопротивлением, используется для представления двоичного 0, a кристаллическое состояние, обладающее низким уровнем сопротивления, представляет 1.
Для того, чтобы сохранить в памяти 0 или 1, необходимо использовать электрический сигнал (сильный и средний для 0 и 1 соответственно). Для того, чтобы считать бит информации, нужно использовать низкое напряжение. От приложенной силы тока в сильной степени зависит объем переведенного в ячейке памяти вещества из исходного аморфного состояния в кристаллическое. Чтение же с такой памяти происходит с использованием малых токов. Чтобы записать 3 бита в одну ячейку, нужно использовать довольно сложный 8-уровневый сигнал.
Ранее, как уже говорилось выше, различные команды исследователей добивались сохранения в ячейке памяти одного бита информации. Но сейчас специалистам нашей компании удалось сохранить три бита в ячейке.
Влияние температуры на PCM память
В новой разработке используется два подхода. Первый — разработка опорного сигнала для определения уровня записи в ячейку. Второй — использование особых методов программирования уровней записи. Ранее у PCM памяти, кроме определенной сложности работы с ней, была еще одна проблема — подверженность влиянию температуры. Из-за этого с течением времени уровень записи в ячейке «плыл», информация становилась плохо читаемой. Сейчас же нашим специалистам удалось решить эту проблему, и температура уже не представляет такую серьезную проблему, как раньше.
Речи о коммерческом использовании технологии пока не идет, но в скором будущем, возможно, PCM-память нового типа станет стандартом. Изначально мы планируем выпустить несколько тестовых образцов, а затем уже наладить выпуск коммерческих систем.
Автор: IBM
