左邊，一個(gè)示意圖顯示了相變記憶體單元是如何布置的；右邊，放大顯示了相變單元（PCE）以及它與電極的接觸。

（來源：IBM）

當(dāng)快速冷卻的時(shí)候，材料中的分子會(huì)保持和加熱狀態(tài)時(shí)一樣的非結(jié)晶態(tài)；當(dāng)慢速冷卻的時(shí)候，分子則會(huì)呈現(xiàn)晶格狀態(tài)，從而讓電流可以更好地通過。通過檢測(cè)這種電阻性，設(shè)備可以計(jì)算出有多少個(gè)單元在存儲(chǔ)，通過加熱和有控制的冷卻，新的數(shù)據(jù)可以被寫入。

通過多層布置方式，單元的冷卻速率可以處在一個(gè)中間的水平，這個(gè)時(shí)候可以利用介于結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的四種狀態(tài)。通過四種狀態(tài)，2比特?cái)?shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在每個(gè)單元上–二進(jìn)制下的00、01、10和11–從而將記憶體芯片的存儲(chǔ)密度提高一倍，同時(shí)減少給定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的成本。

不過這還不夠。現(xiàn)在的閃存記憶體可以使用8種狀態(tài)，這意味著每個(gè)單元可以儲(chǔ)存3比特?cái)?shù)據(jù)。

Pozidis表示：“PCM也必須可以儲(chǔ)存3比特?cái)?shù)據(jù)。我相信我們可以做到。”

實(shí)際上，他認(rèn)為PCM可以走得更遠(yuǎn)。他表示：“通過使用不同材料，我認(rèn)為我們可以在每個(gè)單元上存儲(chǔ)4比特?cái)?shù)據(jù)。”

IBM在一個(gè)擁有2.56億單元的芯片上展示了它的多層單元技術(shù)。通過在每個(gè)單元上存儲(chǔ)2比特?cái)?shù)據(jù)，它的容量可以達(dá)到512MB。Pozidis表示，這個(gè)漂移容錯(cuò)技術(shù)被應(yīng)用在了容量更小的2MB版本上。2MB和512MB原型都采用了以前的90納米制程。

PCM要在成本上取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)就必須將制程縮小到目前主流的制程。閃存現(xiàn)在的制程是24納米。Pozidis對(duì)此頗有信心。

他表示：“相變記憶體可以采用更小的制程。”

PCM的一個(gè)問題就是記錄數(shù)據(jù)用的電阻值會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生漂移。上圖顯示了兩個(gè)記憶體單元的漂移–每個(gè)記憶體可以在四個(gè)電阻水平上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。其中一個(gè)電阻水平為3的記憶體單元，它的電阻值的升高速度高于藍(lán)色虛線所顯示的平均速度，以至于它在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)后高于另一個(gè)電阻水平為2的記憶體單元。紅色線所顯示的電阻值，它的漂移速度則慢于第二層電阻水平記憶體單元的平均速度。

（來源：IBM）

解決漂移問題

在PCM中，不同水平電阻值之間的差異越大越好，不過被稱為電阻漂移的問題也會(huì)更快出現(xiàn)。因?yàn)橛衅?，記憶體單元的電阻值會(huì)隨著時(shí)間流逝而發(fā)生改變，導(dǎo)致不同電阻水平之間的界限漸漸模糊，并有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞。這個(gè)問題很難解決，因?yàn)椴煌瑔卧钠扑俣纫膊煌?/p>

IBM應(yīng)對(duì)這個(gè)問題的方法就是使用一些記憶體單元來記錄所謂的代碼詞而不是實(shí)際數(shù)據(jù)。這個(gè)方法，IBM稱之為調(diào)制編碼。它可以讓IBM依賴于衡量相對(duì)的單元屬性而不是單元本身的絕對(duì)電阻值。

Pozidis表示：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一種調(diào)制編碼，存儲(chǔ)的不是絕對(duì)的電阻水平，而是相對(duì)順序。我們知道絕對(duì)的電阻水平是會(huì)變化的?！?/p>

這樣做的好處是錯(cuò)誤率大大降低，使該技術(shù)更加實(shí)用化。

這份報(bào)告寫道：“讓我們印象深刻的而是，漂移容錯(cuò)編碼所帶來的裸錯(cuò)誤率也只有10的5次方分之一，也就是10萬個(gè)記憶體單元中有一個(gè)錯(cuò)誤。使用簡單的低冗余度糾錯(cuò)編碼可以將整體的錯(cuò)誤率降低到10的15次方分之一，也就是1,000,000,000,000,000個(gè)記憶體單元有一個(gè)錯(cuò)誤。這對(duì)于記憶體設(shè)備來說足夠了?！?/p>

Even within the stilted language of academic papers, the excitement comes through.

即使在學(xué)術(shù)性的語言中，我們也能感覺到作者的興奮之情。

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