e-works数字化企业网  »  文章频道  »  基础信息化  »  存储

3D XPoint相变存储器的工作原理解析

2017/8/1    来源:搜狐    作者:佚名      
关键字:存储  3D XPoint  存储器  
本文是解决尽可能多的混乱,让你了解XPoint及其底层技术是如何工作的,虽然这里没有提供绝对准确的的材料组成,但有大量证据说明了这种特定的技术。
    我已经看到有关3D XPoint技术讨论的一些有缺陷的逻辑。有些是直接比较每个芯片与NAND闪存的成本(与3D NAND相比,3D XPoint可能比NAND需要更少的晶圆厂步骤)。其他人正在重复一系列术语和元素名称,而不用花时间来实际解释它的工作原理,而且太多的人甚至不能正确地拼读。我的计划是解决尽可能多的混乱,我希望用这篇文章让你了解XPoint及其底层技术是如何工作的。虽然这里没有提供绝对准确的的材料组成,但有大量证据说明了这种特定的技术。
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    虽然我们最初在XPoint公告事件Q&A上被告知该技术不是基于相位变化的,但绝对有相反的证据,英特尔很可能不想让产品离开包装太早。有趣的是,英特尔和美光都在五年前就基于PCM的内存发展做了简报,几乎所有关于这些简报的内容完全符合我们今天在XPoint中的看法。
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    上述数据来自2011年的一篇文章,可能有点过时,但他们做的很好,把一些实际数字与各种固态存储器技术的芯片级比较性能。我们还可以看到与XPoint到NAND Flash的?1000x速度和?1000x耐久性比较。现在,这些性能特性当然不能直接转化为包含这些裸片的完整SSD的性能。控制器开销和管理必须采取各自的削减,正如我们看到的第一代Intel XPoint SSD的性能所显示的:
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    有一些非常有声望的人在那里唱衰,没有基本的理解,第一次公开可用的新技术的迭代永远不会代表其最终的表现能力。NAND闪存几十年将其变成可用的SSD,而在十年之内攀升到今天我们所享受的性能水平。时间会说明XPoint是否适用,但是鉴于Micron的演示以及我们自己 观察到的Intel P4800X和Optane Memory SSD的性能,我认为这是一个很好的开始!
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    PCM如何工作
 
    为了了解XPoint如何读取和写入位,我们先来看看相变材料是如何工作的,为了做到这一点,我们需要知道什么使得材料PCM能够在第一位置:
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    相变材料通常是准金属的合金。类金属是与金属和非金属共享特性的元素。它们在室温下作为绝缘体,当加热时(或掺杂时)作为导体。我们已经对几种半不同混合物的合金进行了几十年的试验。硼主要用于掺杂,而onium是不稳定和放射性的,所以我们不会看到太多的东西。硅对于标准晶体管和其他半导体来说非常棒,但是作为相变材料不太适合,留下锗(Ge),砷(As),锑(Sb)和碲(Te)。将这些合并在一起产生硫族化物,在本文的上下文中,其是含有碲阴离子的化合物(Te是属于周期表中硫属元素基团的唯一稳定的准金属)。一旦混合了适当的比例,这些材料提供了一些相当独特的性质:
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    具体来说,准金属合金具有多个稳定状态,每个状态都具有自己独特的电阻特性。这些可以通过以各种方式加热和冷却材料来操纵。非晶状态类似于玻璃,而结晶状态更像金属。
 
    读写相变记忆
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    好的,我们来解释一下这里发生了什么。电压施加在一段硫族化物材料上。如果该材料处于非晶态(混合)状态,则直到超过阈值电压(V th)才开始导通。一旦进行,随着电压进一步升高,电流也会进一步升高。由于材料现在起着阻力的作用,它会散热并因此增加温度。如果保持在“设定”(1)电压,材料达到?350℃,其不够热,不能熔化,但如果温度保持在?100℃,则足够温暖使其分子重新结晶成晶体结构纳秒。一旦形成,晶体结构的行为就像电阻器,即使在电压被去除并且材料冷却之后仍然保持。一旦处于设定状态,施加0.5V将导致?0.5mA(使用上述示例)。电压不再需要达到阈值以使材料进行导通,其响应遵循标记为“晶体”的曲线。
 
    为了复位电池,我们施加了更高的电压,推动电流和温度足够高(?600℃),将材料加热到熔融状态。这会使晶体结构熔化。然后去除电压并且材料快速冷却,通过结晶温度区域太快以形成任何晶体结构,以非晶态“冻结”。现在是“复位”(0),并且使用相同的0.5V将导致接近零电流。我应该指出,我们不需要几乎这么高的电压来执行读取,因为即使0.1V会在我们的示例中使用的两个状态之间产生可读的电流差异。
 
    关于上述的一个有趣的事情是,在编程单元格之前不需要“擦除”,就像NAND闪存一样。对于PCM单元,我们可以通过简单地应用相关的电压/时间曲线来执行设置或复位操作,而不考虑先前设置的状态。与必须以页(KB)写入并在更大的块(MB)中擦除的NAND不同,PCM数据可以被“覆盖”地覆盖,并且可以在不干扰相邻单元的情况下单次重写。
 
    调整公式
 
    英特尔和美光将让你相信,构成XPoint的东西是一个古老的秘密。常用的相变合金是锗,锑和碲的2:2:5化学计量比。Ge 2 Sb 2 Te 5简称“GST”。与大多数合金一样,配方可能有许多轻微的变化,这就是制造商特定的秘密发挥作用的地方。也就是说,我们确实有一些关于2010 Micron演示文稿可能会被调整的线索:
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    那些开发PCM技术的人会自然地微调混合物,尝试改善性能。上面我们看到一个Micron的摘要摘要,显示锑浓度稍微增加(Sb)有助于降低复位电阻(降低所需电压),并减少设定操作所需的时间。还有与细胞选择相关的外部因素,可能需要进一步调整比例,我们将在短时间内介绍。
 
3D XPoint相变存储器的工作原理解析
 
    你可能认为相变合金是如此异乎寻常,虽然你从来没有去观察过,但他就是这样展现在你的面前。可重写光盘(CD-RW / DVD-RW)是XPoint中找到的材料的非常亲密的关系。光盘使用银和铟替代GST中发现的锗,这自然改变了合金的性能。'空白'介质是结晶的,并且通过脉冲写入激光器通过加热点写入凹坑。然后这些斑点迅速冷却,没有机会重结晶,形成较暗的区域,随后可以将其视为反射率的差异。通过应用开始重结晶过程的较低功率激光器(这些合金可以在激光通过该区域后继续结晶),擦除光盘。其他准金属合金变体用于各种光学媒体技术,旨在提高擦除次数和其他性能特点。DVD-RAM实际上使用GST化合物,但依赖于其与电导率相反的光学性质。
 
责任编辑:李欢
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐