非易失性存储器:比闪存快100倍

“非易失性存储器”作为新一代国际公认存储技术，越来越受到世界各国高度重视。记者从7日在沪召开的第十一届非易失性存储器国际研讨会上获悉，上海在这一领域的研究已跻身国际先进水平。

与易失性存储器相比，非易失性存储器具有高速、高密度、可微缩、低功耗、抗辐射、断电后仍然能够保持数据等诸多优点。随着技术发展，非易失性存储器分为相变存储器、磁性存储器、电阻式存储器、铁电存储器等诸多类型。

中国科学院上海微系统所、中芯国际、micro—chip是产学研结合的团队，一直致力于研究我国自主的相变存储芯片和存储产品。

据中科院上海微系统所宋志棠研究员介绍，由上海微系统所、中芯国际和micro－chip组成的联合研究团队在相变存储器芯片的工程化研究方面已经取得突破性进展，研制出8Mb测试芯片，并实现全部存储功能，8英寸整片Bit优良率超过99％，开发出自主IP的双沟道隔离二极管阵列，成功实现了工艺集成和相关功能的演示，并建立了8英寸整片测试系统。

在此基础上，上海微系统所与中芯国际建立了12英寸专用PCRAM平台。12英寸40纳米相变存储器的产业化关键技术也取得了重要进展，完成了第一版芯片的设计，并进入关键的工艺开发；初步完成了尺寸为60—70纳米的相变材料填充和抛光、刻蚀等单项工艺开发。

第十一届非易失性存储器国际研讨会由国际电子电气工程师学会主办，中国科学院上海微系统与信息技术研究所和新加坡数据存储研究院共同承办，是国际非易失性存储器领域第一次在中国召开的权威会议。来自美国、法国、德国、西班牙、俄罗斯等10个国家和地区200多位专家学者和业内人士参加了此次会议。在为期三天的会议期间将举行10场大会报告和交流报告，围绕非易失性存储器领域的最新发展进行学术交流和研讨。

■全面解读

什么是非易失性存储器？

存储器是计算机硬件中必不可少的一项设备，它的职责是对数字信息的保存，随着计算机硬件技术的发展，先后出现了各式各样的存储器。数字存储技术主要分为三种：磁式、光电式和半导体式，其中半导体式存储器展现了更为优越的性能和发展潜力。

半导体存储器可以分为只读存储器ROM(Read Only Memory)和随机存储器RAM(Random Access Memory)。近年来，随机存储器中发展出新的一类，即非易失性存储器(Non-volatile Memory)，其特点是既能像ROM那样，在断电后依然保持数据不丢失，又能像RAM那样及时进行数据的擦写。

目前，非易失性存储器已经占据存储器市场大部分份额，大有取代其他存储器之势。非易失性存储器在信息技术中扮演着重要的角色，追求更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时问、更低成本和更高可靠性是存储器设计和制造者的永恒目标。非易失性存储器的发展经历了从ROM、PROM、EEPROM到FLASH存储器的各个阶段。

什么是相变？

也许大部分人对于“相变”这个词会有些陌生，其实，相(phase)是物理化学上的一个概念，它指的是物体的化学性质完全相同，但是物理性质发生变化的不同状态。例如水有三种不同的状态，水蒸汽(汽相)，液态水（液相）以及固态水（固相）。

物质从一种相变成另外一种相的过程叫做“相变”例如水从液态转化为固态。在很多物质中相变不是大家想象的只有气、液、固，三相那么简单。

相变存储器就是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据的，所以称之为相变存储器。

什么是相变存储器？

相变存储器简称PCM，是基于奥弗辛斯基在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器。

奥弗辛斯基电子效应是指材料由非晶体状态变成晶体，再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“1”来存储数据。

相变存储器比起当今主流产品具有多种优势，有望同时替代公众熟知的两大类存储技术，如应用于U盘的可断电存储的闪存技术，又如应用于电脑内存的不断电存储的DRAM技术。

在存储密度方面，目前主流存储器在20多纳米的技术节点上出现极限，无法进一步紧凑集成；而相变存储器可达5纳米量级。在存储速度方面，相变存储器的存储单元比闪存快100倍，使用寿命也达百倍以上。

打下国际化基础

存储器是消费型电子产品的必备单元，这些小小器件每年全球范围销售额达600亿美元，但因技术密集且门槛高，市场主要被三星、海力士等5家企业垄断。

中国作为多种电子产品的世界最大生产国，每年消耗存储器件占全球三分之一，但此前一直未实现存储器国产。而日韩两国则通过实施国家战略，分别于上世纪80年代和90年代自主掌握存储器技术，也使全球存储器产业重心从美国移至日本，进而移至韩国。

目前，我国成功研发出不同于传统存储机制的“相变存储器”。

据研究人员介绍，目前有能力生产“相变存储器”的全球厂商仅少数几家，并且刚刚实现量产我国多项专利已获授权，为产业化和国际化打下了良好的基础。