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3D XPoint的基礎是相變化記憶體?

上網時間: 2015年08月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:英特爾  美光  3D XPoint  相變化記憶體  PCM 

英特爾(Intel)與美光(Micron)最近發表了3D XPoint非揮發性記憶體,卻不願意透露該記憶體採用的材料或是開關機制;不過從一些間接證據可發現,該記憶體應該是以2x奈米或1x奈米技術產出的相變化記憶體(phase-change memory,PCM),而製程的微縮、創新的硫屬玻璃(chalcogenide glass)混合材料以及其他技術發展,可能是讓該種記憶體達到兩家公司所聲稱之性能改善的主要原因。

2x奈米的製程尺寸能由典型的裸晶大小來推估,假設是一個4F2記憶體單元,以及根據128Gbit容量3D Xpoint記憶體內含兩個具備640億記憶體單元的平面(plane)之既有資訊。1平方公分的裸晶面積推估出19奈米或更小的製程尺寸,而更大尺寸的裸晶製程尺寸最高不超過27奈米。

3D XPoint技術的神秘色彩引來不少猜測,根據英特爾非揮發記憶體部門總經理Rob Crooke以及美光執行長Mark Durcan的形容,該技術是「基礎性的突破」;而他們也表示該記憶體是「塊狀開關(bulk switching)」,意味著它具備非絲狀(non-filamentary)特性。英特爾確實曾表示,3D XPoint不應該被稱作是一種電阻式記憶體(ReRAM),但什麼是或不是電阻式記憶體其實並沒有正式的定義。

英特爾也表示,3D XPoint記憶體單元是以塊狀材料的電阻變化來運作,這使其符合電阻式記憶體的廣泛定義,但它仍有可能是相變化記憶體。我也不確定我是否會將相變化記憶體形容為塊狀,因為它是出自於通過材料的電流所產生的熱脈衝;但可以說,有顯著數量的活性材料在一個足夠小的交叉點經歷了相變化。

3D XPoint 與過去曾出現過的PSMS──堆疊式排列的PCM與選擇器二極體(selector diode)──實體佈線圖有類似之處。透過搜尋專利與專利申請案資料庫,可找到至少20項在最近幾年授予英特爾或美光的專利,不是與相變化、PCM/PCMS直接相關,就是被寫成更廣泛的非揮發性記憶體,但以PCM/PCMS作為具體實例;此外還有許多未被授予的專利。

在同樣的搜尋條件下,更難找到有關其他非揮發性記憶體的內容;PCMS搜尋結果的頻繁出現,似乎意味著3D XPoint 記憶體的背後機制可能就是相變化,但並不能下定論。3D XPoint發表會上,英特爾與美光的高層表示該記憶體是一種全新技術,其實英特爾早在2009年就曾發表過單層PCMS記憶體研發成果(參考連結)。

美光的Durcan在發表會上被要求比較3D XPoint與相變化記憶體,以及解釋為何3D XPoint可能更具成功優勢,他的回答是:「關於相變化記憶體──這種技術已經在市場上一段時間,美光也有一些經驗──在記憶體階層(memory hierarchy)方面有非常不同的架構,因為在速度、非揮發性與性能上都有顯著的改善。」這似乎意指3D XPoint並非相變化記憶體,而是在其基礎上改善。

相變化記憶體擁有漫長而坎坷的發展歷史,或許英特爾與美光是選擇將3D XPoint定義為不同於PCM的某種東西?美光先前曾嘗試銷售90奈米與45奈米製程的相變化記憶體,但後來將該產品從官網上移除,並在 2014年1月時表示,該公司正在評估是否將繼續研發相變化記憶體技術。

最近在美光官網上又重新出現了PCM產品的規格表,而且該公司表示:「美光持續創新PCM,在兩代PCM製程技術之後,我們正在開發最新一代製程,以達到更低的每位元成本、更低的功耗以及更高的性能;PCM是美光正在投資的數種新興記憶體技術之一。」該公司指出,2x奈米或1x奈米的相變化記憶體製程能打造雙層的128Gbit容量3D XPoint技術,但也還有其他新興記憶體技術。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Patent Search Supports View 3D XPoint Based on Phase-Change,by Peter Clarke)





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