Создание технологи записи в каждую ячейку энергонезависимой памяти нескольких бит данных позволило существенно повысить плотность записи и удешевить выпуск ёмких твёрдотельных накопителей. Правда, за это пришлось заплатить быстрым износом ячеек памяти. Память PCM (phase change memory) с записью данных в ячейку с помощью изменения фазового состояния вещества защищена от износа, свойственного ячейке NAND-флеш с хранением заряда. Теоретически память PCM может выдержать до 10 млн циклов перезаписи, что на несколько порядков больше, чем в случае NAND. Но у PCM другой существенный недостаток — очень маленькая плотность записи. Это в значительной степени мешает массовому распространению энергонезависимой памяти PCM, хотя в производстве она находится уже порядка десяти лет.
Рабочий прототип памяти PCM с записью трёх бит в одну ячейку (IBM)
Кардинальным образом изменить расстановку сил на рынке «флеш-памяти» собирается команда разработчиков компании IBM. На днях в Париже на конференции IEEE International Memory Workshop представители цюрихского отделения IBM показали рабочий прототип первой в индустрии памяти PCM с возможностью записи в каждую ячейку трёх бит данных. Иными словами, в компании смогли утроить ёмкость чипа PCM, не уменьшая масштаб техпроцесса и не снижая объём ячейки. Это обещает привести к более широкому использованию памяти PCM в качестве замены в устройствах памяти NAND и DRAM одновременно, ведь по скорости работы память PCM ближе к скорости работы оперативной памяти, чем к актуальной энергонезависимой памяти NAND.
Строение ячейки памяти PCM с зонами из вещества в аморфном и кристаллическом состоянии (IBM)
Отдельно надо сказать, что память PCM компании IBM с многоуровневой записью может стать серьёзным соперником памяти 3D XPoint компаний Intel и Micron. Как мы уже знаем, память 3D XPoint — это тоже память типа PCM, только в виде перекрёстной многоуровневой структуры. Это как 3D NAND, только с учётом PCM-ячейки. Нетрудно понять, что производство многоуровневой памяти (3D XPoint) сопровождается большим уровнем брака, чем выпуск однослойной памяти (PCM). Тем самым коммерческий выпуск PCM с многоуровневой записью может оказаться экономически выгоднее, чем производство 3D XPoint. Правда, надо отдать должное Intel и Micron, они как-то приступили к производству 3D XPoint и говорят о готовности начать поставки SSD на базе 3D XPoint до конца текущего года. Компания IBM, как мы знаем, продала заводы компании GlobalFoundries и, по большому счёту, может лишь теоретизировать, говоря о массовом производстве PCM.
Память 3D XPoint (Intel)
Опытный чип трёхбитовой PCM компании IBM выпущен с использованием техпроцесса КМОП с нормами 90 нм и имеет ёмкость 32 Мбит. Напомним, принцип работы ячейки PCM почти аналогичен записи на перезаписываемый оптический диск. В обоих случаях аморфное состояние ячейки означает увеличение сопротивления, а кристаллическое ведёт к снижению сопротивления.
Специальный опорный сигнал позволяет точно определить, что записано в ячейку (IBM)
При многоуровневой записи в ячейку PCM основной проблемой было компенсировать дрейф сопротивления ячейки, что вело к ошибкам считывания данных. Дрейф сопротивления возникает как от температурных колебаний, так и от других факторов. К примеру, фазовое состояние вещества ячейки в процессе работы немного могут менять даже малые токи чтения. Это не столь критично, когда в ячейке записано одно из пограничных значений — ноль или единица, но в случае хранения трёх бит данных в ячейку PCM записывается одно из восьми состояний и определить его значение необходимо с предельной точностью.
Главная проблема PCM с многоуровневой записью в ячейку кроется в неизбежном дрейфе величины сопротивления (IBM)
Для компенсации дрейфа характеристик разработчики IBM соединили два подхода. Был разработан специальный метрический (опорный) сигнал, который позволял с высокой точностью определить уровень записи (сопротивление) ячейки. Кроме этого в компании использовали уникальные алгоритм и метод кодирования в процессе записи, что в сочетании с опорным сигналом дало достаточную точность для надёжного считывания данных без ошибок. Ждём новостей о запуске в производство. Кто-то же должен предоставить альтернативу памяти 3D XPoint?
Источник:
