相變存儲器(PCM)與存儲器技術簡介

相變存儲器(PCM)是新一代非揮發性存儲器技術。透過比較PCM與現有的SLC和MLC NAND快閃存儲器以及硬碟驅動器(HDD) 和固態硬碟(SSD)等系統解決方案，*估PCM的相對成本、效能和可靠度，可以了解PCM適用于哪里些應用領域，以及這項新技術的潛在價值。

當探討PCM在存儲器領域的定位時，必須注意其為具有重要優勢的補充技術 (特別是當系統需求是重要的考慮因素的情況)，而非替代其它存儲器的儲存技術。不論是作為RAM還是NAND快閃存儲器的補充，只要使用適量的PCM就能改進企業級計算機和電子商務等高端應用的可靠度和處理效能。

圖1 PCM并非取代現有的存儲器系統，而是可以作為互補

圖2 相變存儲器(PCM)集其它類型存儲器的突出優點于一身，為高端應用和無線產品的系統設計工程師提供新的選擇

PCM是利用材料中的可逆相態變化來儲存信息的非揮發性存儲器。物質以多種相態存在，如固態、液態、氣態、凝結和離子。PCM 依賴于材料在不同相變時所表現出來的不同的電阻率特性。恒憶的PCM采用一種由鍺、銻和碲三種元素組成的叫做GST的合金材料(Ge2Sb2Te5)。在非結晶狀態時，GST合金的分子結構雜亂無序，因而電阻率也較高。相比之下，在晶體狀態時，GST的分子結構整齊有序，電阻率相對較低。PCM的技術基礎就是利用材料電阻率在兩個相態之間的差異性。透過注入電流，可在材料局部產生強烈的焦耳熱效應，引發相態變化。透過調整電壓大小和施加的電流時長，可以調整最終的材料相態。

PCM有一些有趣的特性：如同NOR和NAND快閃存儲器，PCM也是非揮發性存儲器技術之一，因此保存資料并不需要重啟電源。PCM 具備位元可修改功能，存儲器保存的信息可以從1切換到0或者從0切換到1，無需單獨的抹除步驟。PCM的特點是隨機讀取時間短。這個特性使處理器可直接從存儲器執行代碼，無需把代碼復制到RAM的中間過程。PCM讀取延時與每單元中任一位元的NOR快閃存儲器相當，而讀取效能則可與DRAM存儲器媲美。PCM的寫入速度可達到NAND快閃存儲器的水平，因為不需要單獨的抹除步驟，PCM的寫入延時更短。相比之下，NOR快閃存儲器的寫入速度中等，但是抹除操作時間較長。