IBM TLC型PCM：高达1000万次写入寿命

蓝色巨人IBM与消费级产品越来越远，但IBM从来没有远离高科技行业，不论是7nm半导体工艺还是新一代AI智能或者别的尖端科学，IBM都是要肩负人类希望的（网友语“I人希”）。在下一代存储芯片上，Intel美光的3D XPoint已经迈出了革命性一步，不过点满黑科技天赋的IBM日前拿出了同样具备极强竞争力的PCM存储芯片——他们首次实现PCM芯片每单元存储3位数据，你可以把它理解成NAND闪存从1bit/cell的SLC闪存到3bit/cell的TLC闪存的改变。

IBM这次研发突破是有关PCM存储芯片的，大家可以了解一点PCM存储的基础知识：

PCM：（英语：Phase-change memory，英语：Ovonic Unified Memory，英语：Chalcogenide RAM，简称PCM, PRAM, PCRAM, CRAM），又译为相变位内存，是一种非易失性存储器装置。PRAM 使用含一种或多种硫族化物的玻璃（Chalcogenide glass）制成。硫族化物玻璃的特性是，经加热可以改变它的状态，成为晶体（Crystalline）或非晶体（Amorphous）。这些不同状态具有相应的电阻值。因此PRAM可以用来存储不同的数值。 它是可能取代快闪存储器的技术之一。（WiKi百科）

也就是说PCM芯片是通过材料热变化来存储信息的，相比传统闪存或者内存芯片，PCM具备多个优点，比如写入次数可达1000万次，远高于NAND闪存（TLC闪存写入寿命不足1000，MLC多为3000-5000，SLC多为5000-10万），速度更快，是NAND闪存的50倍之多。

不过PCM存储从1960年代就开始研发了，直到现在也没有商业化，因为它虽然理论上优点多多，但制造可用的大容量存储还面临很多难题，其中一个关键就是PCM芯片每单元只能存储1位数据，也就是1BPC（bit per cell），你可以把它理解成SLC闪存那样，也是每单元存储1bit数据。

IBM这次的突破就在于他们首次制造出了3BPC芯片，换句话说这就相当于制造出了TLC类型的NAND闪存，有助于提高PCM存储容量，降低成本，这是PCM实用化必经之路。

日前在巴黎举行的IEEE国际存储工作组会议上，IBM苏黎世研究中心的科学家公布了这次研究成果，他们在64K单元阵列上首次实现每单元3bit数据存储，而且在极高温度及100万次可靠性循环之后依然能保持数据。

有兴趣的还可以看看IBM公布的这个视频（需要爬墙），里面采访了论文作者之一的Dr.Haris Pozidis，介绍了PCM的相关知识和进展。

不过写完这篇新闻之后，搜索了一下以前的旧闻，发现2011年我们就报道过IBM在多位存储PCM上的进展了，当时也是说IBM成功研发出多位存储PCM芯片了，只是没公布具体的数据。这么算的话，PCM存储离商业化应用还真的是非常遥远....

目前在闪存、内存领域堪称革命化同时能量产的只有Intel、美光研发的3D XPoint闪存，它的性能、可靠性指标虽然没有PCM这么强大，但性能、可靠性也达到了NAND闪存的1000倍，以及10倍容量密度，而且在2016年就能上市，进度是PCM比不了的。■

NAND闪存穷途末路 下一代闪存技术百花齐放

由于闪存技术的发展，闪存正从U盘、MP3走向电脑、存储阵列等更广泛的领域。虽然其速度较以往的机械硬盘有了较大幅度的提升，但纵观整个计算架构，闪存仍旧是计算系统中比较慢的部分。况且目前主流的MLC和TLC在写入寿命上都还不尽如人意，并且随着工艺水平的提升，其寿命和良率还有越来越糟的倾向。闪存生产线已经达到15nm的水平，存储密度难在攀升、寿命却大幅下降。所以业界各个巨头都在积极研究下一代非易失性存储技术。

日前，镁光在IEEE IEDM 2014(国际电子设备大会)上就公布了其最新的可变电阻式存储（ReRAM）技术的最新进展。美光在大会上展出了其最新的27nm RAM颗粒，颗粒容量16Gb（2GB），核心面积168平方毫米，采用3层铜互连技术。而展出的芯片使用的是DDR接口，未来可以方便的更换其他接口。

由于只是用了27nm工艺制造，新的ReRAM在DieSize上相对于现在的NAND闪存并无优势，但在性能上，新的ReRAM却非常耀眼。根据镁光透露的消息，新的ReRAM可以承受10万次写入和百亿次读取；而更加难能可贵的是，ReRAM在目前就已经达到了900MB/s的读取速度和180MB/s的写入速度，读写延迟分别为2微秒和11.7微秒。在存储结构上，ReRAM可以在2个cell里存储3个bit，这一点介于目前的SLC和MLC之间。

由于未来的闪存标准还没有最终确定，因此，发力研究下一代闪存的企业和候选技术并不只此一家。

另一家名为Crossbar的新型科技公司正在研究一种名为RRAM的非易失性存储。虽然Crossbar并没有给出他们技术的具体性能，不过公司宣称其RRAM的擦写次数可以达到亿次级，并且可以在300摄氏度以下正常工作。而与目前NAND闪存工艺越高寿命越短行程对比的是，Crossbar的RRAM技术在现有技术演进路径下至少可以发展到4-5nm的水平。

当然，除了这些看似很遥远的技术，同样属于非易失性存储的相变内存（PCM）也是下一代闪存标准的有力竞争者。而且推崇这一技术的IBM已经开始着手研究如何利用相变内存替代现有NAND闪存的方案了。相对于现有NAND闪存，相变内存的擦写次数可以达到百万次级别，并且在速度上交传统闪存有上百倍的提升。当然更重要的是，镁光等厂商已经开始量产地规格的相变内存芯片。并且业界也已经有一些采用相变内存的实际产品。

随着NAND闪存在工艺进步下逐渐达到寿命临界点，新的闪存技术正在不断涌现。而这些技术最大的目标就是要在提高速度和寿命的前提下，继续推动摩尔定律向前发展，并为未来制程演进做好准备。相信2015年更多新类型的非易失性存储新品将出现在市场上和实验室里。

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