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(原创)相变存储:存储领域又起波澜

正当闪存以不可阻挡之势席卷各类存储设备、其发展如日中天之时,一种新的存储技术正悄然来到我们身边,这就是相变存储——未来有可能取代传统存储甚至闪存的新型存储技术,并将由此引发存储市场的新一轮变革。
   11月28日,一场在宁波举行的55nm相变存储技术发布会将相变存储这一新技术带进了大众的视野,尤其吸引我们眼球的是中国一家企业拥有相变存储技术自主知识产权,并成为除三星和美光之外全球第三家拥有这项技术的企业,这就是宁波时代全芯科技有限公司。它不但将成为继三星、美光之后第三家将相变存储量产的公司,更重要的是,它将打破存储器芯片生产技术长期被国外垄断的局面。
  相变存储进入商用
  可以说,近年来,存储领域是创新技术不断涌现的领域,优胜劣汰法则在这里被演绎得淋漓尽致,人类对于存储性能的追求也是永无止境。从静态随机存储技术(SRAM)到动态随机存储技术(DRAM),再到当前热门的闪存技术(Flash),数据的迅猛增长伴随着云计算、大数据的兴起,更是对存储的处理性能提出了更高的要求。近几年来,具有替代传统存储甚至闪存潜质的新一代存储技术——相变存储(PCM)浮出水面,开始得到业界关注,并正在逐渐步入商品化市场。
  相变存储器(Phase Change Memory,PCM)是利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的。相(phase)是物理化学上的一个概念,它指的是物体的化学性质完全相同,但是物理性质发生变化的不同状态。物质从一种相变成另外一种相的过程叫做“相变”,例如水从液态转化为固态。相变存储器就是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出的导电性差异来存储数据的,因此称为相变存储器。
   

相变存储芯片

与现在正“吃香”的闪存相比,PCM同样属于非易失性存储,不过,它比闪存更耐用。闪存的寿命通常约为10万次读/写,而PCM的耐用性则比闪存要高数千直至数百万倍,这一特性未来将使PCM在企业级存储应用中拥有更多的优势。另外,PCM最值得称道的还是其卓越的存储性能,其编程速度与闪存相比具有数量级的优势。
  正因为相变存储的优秀特性,一些科研机构和公司对PCM的关注和研发已经有20多年的历史,并在近些年取得了重要进展,开始迈入商业化领域。英特尔、IBM、三星以及美光等公司和大量的高校、研究所都在这一领域投入重金进行研究。2009年9月,三星电子宣布,他们已经开始量产容量为512Mb(64MB)的相变随机存储器(PRAM),该产品采用60nm工艺生产,可在80毫秒内擦除65千字,性能是NOR闪存的十多倍,在5MB大小的数据区域擦除和重写的性能是NOR闪存的7倍左右。三星公司表示,这种PRAM芯片将首先用于手机领域,替代NOR闪存。据悉,三星的手机中已经采用了相变存储模块。
  2010年4月,Numonyx公司也发布了Omneo系列PRAM,它们的最大容量为128Mb,采用90nm工艺制造。Omneo系列PRAM的编程速度是NOR闪存的3倍,读写寿命则是NOR闪存的10倍。Numonyx预期这些PRAM可以在手机、嵌入式系统等领域首先普及开来。据介绍,第一批商业化的PCM产品预计将在今年年内推出,而其主流产品,如替代传统硬盘的固态硬盘将于2014年推出。

   

基于相变存储的MP3

以替代传统存储器为目标
  PCM的功耗更低,其固态硬盘比目前普通固态硬盘的执行速度更快,并且需要擦除。除了性能上的优势外,在生产上,其制造成本只有现有半导体工厂或晶圆厂的十分之一,这也是业界认为未来它有可能替代硬盘驱动器和多种现有的存储器芯片,而成为具有独占性地位的存储器件的理由。
  随着PCM设备和工艺以及PCM本身性能更趋于稳定和成熟,它的价格会迅速下降。据预测,每位元的PCM的实际成本在2011年与NOR闪存或DRAM相当或更低,到2013年,其价格将与NAND闪存的价格相当甚至更低。据权威市场分析公司预测,在未来30年内,基于PCM技术生产的半导体产品或将成为电子存储器产业发展的主要支撑力量。
  宁波时代全芯科技有限公司曾邦助博士表示,PCM现在已经可以取代部分闪存市场,随着产品的不断升级,未来还会逐步取代部分内存、移动硬盘以及固态硬盘市场,并逐渐扩展到许多特殊应用领域,比如路由器中的CAM(内容寻址存储器),甚至可以作为一种新的计算单元使用。曾邦助博士认为,相变存储技术如同互联网技术一样,是一种新的“使能技术”,它将会带来更多全新的、甚至是我们目前还无法想像的应用模式,其创造的价值以及未来的市场发展空间都是十分巨大的。
  目前,PCM主要的使用方式是作为传统存储器的嵌入式系统,而未来它将成为取代所有传统存储器的独立存储器。
  自主可控关键在“芯”
  统计数据显示,2012年,我国芯片产品进口额超过1900亿美元,几乎与原油进口金额相当,而几年前芯片产品的进口金额甚至一度超过原油。在IT底层核心技术特别是芯片技术上的缺失,将对我国IT产业的自主、可控以及可持续发展造成很大的影响,而改变这种状况的惟一办法就是从政府、整个IT产业以及企业等各个层面加大对芯片技术的投入。
  

宁波时代全芯科技有限公司董事长张龙

 

宁波时代全芯科技有限公司总经理曾邦助博士

近几年,加速实现高新技术的国产化正日益受到政府部门的高度重视,相变存储技术的发展给中国厂商提供了一个实现创新、突破和引领市场发展的契机。宁波时代全芯科技是目前中国第一家拥有相变存储技术自主知识产权的企业,该项技术目前已申请到的专利有57项,正在申请的专利达到141项。宁波时代全芯董事长张龙介绍说,该公司是由力利记集团和世峰科技共同投资的企业,目前,他们已着手将PCM商品化,并把制造基地落户于宁波鄞州工业园区,未来主要以生产晶圆及芯片为主,预计未来10年能满足年产10万片相变存储器的生产能力。他们的近期目标是,2014年将相变存储投入量产,并力争在5年内完成投资20亿美元以上,建立自己的生产工厂和研发基地,生产具有完整知识产权的芯片产品。
  发布会上,时代全芯展示了应用PCM的U盘和MP3。张龙介绍说,宁波时代全芯有一支强大的具有创新精神的技术研发团队,他们基于本身的研发能力和战略性眼光,制定了相关的策略,致力于将相变存储技术商业应用转化的不断升级,并期望凭借新的相变存储技术和独家专利技术成为存储芯片和应用的主导厂商,并引领新一代存储技术和产品的发展。
   

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