實現全新存儲器使用模型的新型存儲器--相變存儲器

從下面的幾個重要特性看，相變存儲器（PCM）技術均符合當前電子系統對存儲器子系統的需求：

容量
– 因為消費電子、計算機、通信三合一的應用趨勢，所有電子系統的代碼量都以冪指數的速率增長，數據增長速率甚至更快。
帶寬和能耗
– 在應用高度融合的電子系統中，為了加快上網速度，采用帶寬衡量系統性能；為了增強產品的移動使用性，采用功耗評價系統性能。存儲器設計必須支持市場對擴大帶寬和降低功耗的日益增長的需求。非易失性固態存儲器是降低功耗的最佳方法。
存儲器系統
– 為提高電子系統的總體性能，設計人員越來越關注存儲器系統的容量、技術性能、封裝和接口等參數。
緩存
– “存儲器系統”概念不支持根據技術給存儲器分類，而支持根據最終設備的帶寬需求給存儲器分類，從而在克服存儲器技術上存在的設計難題，通過暫時保留并優化組合不同的存儲器技術，以降低產品的成本，提升系統性能。

帶寬分類
從較高層次上說，我們可以考慮三大帶寬類別：代碼、數據流和數據存儲。

代碼
– 讀取速度是決定代碼執行性能的主要因素。當采用下列模式之一時，代碼執行性能取決于執行速度：片內執行(XIP)：采用NOR閃存需要大帶寬，隨機讀取速度快；存儲和下載(SD)：采用NAND+DRAM存儲器。SD是容量大于1Gb的代碼存儲應用廣泛采用的方法。
數據流
– 影響數據流性能的主要因素是寫入速度。數據流通常采用DRAM技術，但是，容量4GB大于的可以采用NAND+DRAM的方法，主要用于提高容量和降低功耗。
數據存儲
– 影響數據存儲性能的主要因素是存儲器容量和數據保存年限。然而，由于存儲器容量正以冪指數的速率增長，不同的系統組件之間的延時可能會對存儲器子系統的性能構成很大的影響。容量在100GB以下或對性能有很高的要求時，數據存儲通常采用NAND閃存。

圖1 – 高密存儲器技術概況

PCM升級能力
硫系 (PCM)薄膜至少在三個方面的應用證明，能夠把PCM存儲單元至少升級到5nm節點。PCM技術升級面臨的主要挑戰是開關元器件的升級。因為硫系薄膜材料的狀態控制方法的研究和改進，PCM耐讀寫能力和寫入速度預計在近期內會有大幅提升。隨著制程向最先進的光刻技術節點進軍，PCM的每位成本和寫入性能可望取得巨大進步，因為存儲單元在這些技術節點可以變得更小。

PCM在嵌入式系統
在嵌入式系統中，PCM通常用于存儲數據。對存儲容量要求較低的系統，容量通常小于大約2Gb，在設計上直接從NOR閃存執行代碼。在嵌入式系統中，這種存儲器通常還用于保存系統文件。這類系統通常使用DRAM充當進程暫存器。
在這類系統中，PCM可用作代碼執行存儲器，因為是一個位可擦除的存儲器，PCM能夠替代系統所需的某些DRAM。
在“存儲和下載存”儲器系統中，PCM可以降低對DRAM的容量要求，同時還可滿足對NAND的容量需求。同時，在這類系統中使用PCM存儲器可以簡化被保存在同一存儲器中的文件系統，并提高文件系統性能。

圖2 – SnD和XiP系統架構