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Optane之外——PCRAM还是潜力股吗?

2020-01-02 Gary Hilson 阅读:
PCRAM被业界誉为值得关注的三大新型存储器之一,很大程度上是因为被Intel的Optane SSD 和DIMM采用。但是3D Xpoint之外的PCRAM又怎么样呢?
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今年初,相变存储器(PCRAM)被吹捧为三大值得关注的新型存储器之一,很大程度上是因为被Intel的Optane SSD 和DIMM所采用。但是3D Xpoint之外的PCRAM又怎么样呢?akBEETC-电子工程专辑

Objective Analysis和Coughlin Associates今年发布的报告《新兴存储器的崛起》(《Emerging Memories Ramp Up》)预测,到2029年,3D XPoint以Optane的形式带来的收入增长将高达160亿美元,在很大程度上受到其sub-DRAM(动态随机存取存储器)价格的推动。虽然从未明确声明,但大家一致认为就是3D Xpoint就是PCRAM。然而,除了Intel 和 Micron联合开发的技术外,目前也有一些正在进行的研究也致力于实现PCRAM的潜力。akBEETC-电子工程专辑

作为一种新兴存储器,PCRAM其实有着悠久的历史,但直到最近十年才开始受到研究界的重视。Object Analysis的负责人Jim Handy说道,该技术之所以能继续保持这样的前景,是因为它的交叉点存储器单元非常小,而且具有可被堆叠。他表示,举个例子,Intel目前为其产品堆叠了两层,但该公司最近透露可以达到四层。Handy说,“他们打算通过增加层数来降低成本。”akBEETC-电子工程专辑

但是除了3D Xpoint技术,Handy并不确定是否还有其它产品已经商业化,尽管业界有大量的研究和开发活动。Micron Technology(美光科技)最近发布了X100 NVMe SSD,这是该公司基于3D XPoint技术的新一代高性能存储器解决方案的首款产品。akBEETC-电子工程专辑

Handy 表示,PCRAM像所有新兴存储器一样,每一款都有杰出之处,但是如果是和看好MRAM(磁性随机存储器)的人讨论,当然会说MRAM适用于各种用途,而PCRAM则否,反之亦然。“问题在于,是否有足够的发展空间使其得以创造出自己的市场?大致上来说,目前还不太可能实现”例如,Handy说,PCRAM可望实现的领域之一是建立神经网络,不过,诸如ReRAM等其它技术也正朝着此方向进展。akBEETC-电子工程专辑

迄今为止,唯一商业化的PCRAM是英特尔的Optane DIMM和SSD,该公司将其定位为3D NAND SSD之上、DRAM之下的另一种存储等级。(来源: Intel)akBEETC-电子工程专辑

IBM Research 正在关注PCRAM的发展潜力。IBM Research苏黎世云存储和分析部门的负责人Haris Pozidis表示,过去几年的重点一直放在实现多位存储上,就是在每个单元存储更多信息,这似乎是降低成本的唯一途径。该研究涵盖了在Intel Optane ssd上的运行工作负载,以便更好地理解拥有更快器件的意义。他表示,随着期待已久的DIMM的发布,人们对在这种非易失性存储器中存储整个数据库的可行性产生了兴趣。“如果您可以设计出一种文件系统来充分利用持久性存储器的特性,那么可以获得的性能优势将非常显著。”akBEETC-电子工程专辑

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Pozidis表示,与商业化程度更高的MRAM相比,PCRAM扩展的潜力是其最吸引人的特点之一。MRAM中存储单元的面积大约是PCRAM中的10倍。这意味着相同字节大小的情况下,前者的单元数量要少得多,因此MRAM的可扩展性非常值得怀疑。同样地,他认为即使ReRAM是可扩展的,其成熟度还不会像PCRAM那么高。虽然ReRAM将继续吸引投资,但PCM的好处更为直接。akBEETC-电子工程专辑

Pozidis称,PCRAM仍然面临着所有新兴存储器所必须应对的问题——如何以更为经济的方式取代现有技术,尤其是flash。PCM与flash竞争的下一个里程碑是——将更多的单元叠加在一起,同时在每个单元中嵌入更多位信息。他说,从材料的角度来看,PCRAM处于一个很好的位置,3D Xpoint的商业可用性就证明了这一点。akBEETC-电子工程专辑

Leti高级存储实验室负责人Etienne Nowak表示,PCRAM所涉及的材料可以追溯到约50年前,这意味着,尽管在过去10年间才增加了一些研究,但人们已经充分了解这些材料了。PCRAM通常由硫族元素的典型玻璃状材料组成,如硫、硒和碲。这些相变材料利用热量作为编程机制,从高度非晶体材料排列转变为晶体排列。材料堆叠的顺序决定了电阻的等级,而且适当的材料沉积很有必要,因为晶圆的中心必须与边缘的成分相同,因其会影响相变。akBEETC-电子工程专辑

与Intel联合开发3D Xpoint技术的Micron最近发布了X100 NVMe SSD,这是该公司基于3D Xpoint技术的新一代高性能内存解决方案中的首款产品。(来源: Micron)akBEETC-电子工程专辑

Nowak称,尽管人们熟悉这些材料,但仍有改进的空间。“在物理学方面,我们仍然无法突破这种材料的极限。”而从制造的角度来看,更小的尺寸也造成了挑战,因为所涉及的材料都有其独特的沉积问题,他表示:“在我们看来,目前的挑战更多的是在不失去性能的情况下继续扩大规模。”“但从理论上讲,尺寸当然是越小越好。”akBEETC-电子工程专辑

德国默克公司(Merck KGaA)旗下的性能材料业务——Intermolecular, Inc.,是一家在美国和加拿大经营其EMD高性能材料的公司,并与世界各地的半导体制造商合作,帮助他们克服一些材料方面的挑战。该公司首席技术官Karl Littau表示,PCRAM仍然不具备垂直3D NAND的制造技术所能达到的规模效益,因为它必须逐层构建,且每一层都必须采用关键的光刻和蚀刻步骤。他说,这意味着一个四层的PCRAM器件价格是两层PCRAM器件的两倍,因此,尽管Optane已经出现了,但目前还不清楚哪种非易失性存储器会胜出。“你不可能制造出一个128层的器件,还让它在成本上能够与现有技术竞争。”akBEETC-电子工程专辑

虽然人们充分了解这些材料,但这些材料对于制造出性能良好且经济的元器件是至关重要的。Littau表示:“Optane发布的时候,人们都很兴奋,因为Intel和Micron显然觉得他们已经充分解决了这些问题,觉得他们能发布可行的商业化的产品。但至于这些产品究竟能多么成功地符合需求,就只能由时间来证明一切了。”Littau说,从它所展现的基本性能很难提出任何有力的论据,而且也还不知道它是否具备足够的经济规模。akBEETC-电子工程专辑

Littau表示,许多制造商在推出自家产品之前,都会一直关注Optane究竟在市场上的表现效果如何,对于一项新技术(例如Optane)而言,学习曲线会是整个过程的一部分,而且在早起阶段的制造成本总是会相当昂贵的。“但究竟要到学习曲线的哪个阶段,这种曲线会趋于平缓,目前尚不清楚。”akBEETC-电子工程专辑

(参考原文:Does PCRAM Have Potential Beyond Optane? by Gary Hilson)akBEETC-电子工程专辑

责编:Amy GuanakBEETC-电子工程专辑

本文为《电子工程专辑》2020年1月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 akBEETC-电子工程专辑

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Gary Hilson
EE Times特约编辑。Gary Hilson是一位自由撰稿人和编辑,曾为北美地区的印刷和电子出版物撰写过大量稿件。 他感兴趣的领域包括软件、企业级和网络技术、基础研究和教育市场,以及可持续交通系统和社会新闻。 他的文章发表于Network Computing,InformationWeek,Computing Canada,Computer Dealer News,Toronto Business Times,Strategy Magazine和Ottawa Citizen。
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