相變存儲器(PCM)單元中儲存多個位元的方法

BM蘇黎世研究中心的科學家們日前表示，已經發現能夠可靠地在相變存儲器(PCM)單元中儲存多個位元的方法。該小組采用90nm工藝技術，在200k單元陣列中實現了每存儲單元為四層(2位元)，并表示已開發出一種編碼方法，能克服材料隨時間松弛的特性。該mushroom type存儲器單元帶有摻雜的Ge2Sb2Te5以作為相變材料。

　　相變存儲器是一種透過使用電加熱方式以改變材料相位和硫化層阻抗為基礎的非揮發性存儲器。它被喻為可取代既有閃存和DRAM的可能候選技術，但這項技術卻難以用在90nm以下工藝。

　　不過，IBM指出，結合了速度、耐用性、非揮發性和密度等特性，PCM可望在未來五年內于企業IT和儲存系統領域中開啟全新的范式轉移(paradigm shift)。

　　IBM蘇黎士研究人員的最主要頁獻之一，是可用于小型存儲器單元叢集的調變編碼方案，以克服多位元PCM的短期漂移問題──該問題可能導致儲存阻抗位準隨時間漂移，從而引發讀取錯誤。

　　在目前的工作中，IBM的科學家使用基于電極之間不同非晶、結晶比例的四種不同阻抗位準，來儲存00,01,10和11等位元組合。

　　“我們以來自理想位準的偏差為基礎來施加電壓，而后再測量阻抗。若未達到阻抗的理想位準，我們便會施加其他的電壓脈沖并再次測量，直到我們獲得精確的位準為止， ”IBM蘇黎士研究院的存儲器和探測技術經理Haris Pozidis說。

　　編碼技術克服漂移容差

　　但是，由于非晶狀態的原子結構松弛，因此在相位變化后隨時間而增大的阻抗，最終將導致讀取錯誤，IBM表示。為了克服這個問題，IBM提出了一種編碼技術，據稱可容忍這些漂移。該技術是以平均而言，具有不同阻抗位準的相對編程單元順序并未因漂移而改變這一事實為基礎。因此，在編碼字元中對資料編碼，也可應用在存儲單元叢集中，在這種情況下，便有可能耗用些許存儲器密度來改善位元錯誤率。

　　IBM表示，在室溫下，經過37天測試后，每一個1.57位元的單元位元錯誤率為1/100,000。與傳統糾錯編碼方案相比，新方法可望將整體錯誤率降至1/10^15甚至更低，但這還需要實際應用在存儲器元件中。

　　Pozadis指出，“我們不相信這會是根本上的限制，我們相信未來將能擴展到每單元3位元甚至4位元。”他同時證實，采用迭代編程和編碼對較慢的編程和讀取時間是有影響的。還必須考慮到晶粒面積，他說，因為必須使用到參考單元，而且還需要提供編解碼硬體部份。

　　其PCM測試芯片是由位在佛蒙特州伯靈頓，約克城高地(Yorktown Heights)，紐約和蘇黎世的科學家及工程師們共同設計及制造。