国产发力，长存入局｜相变存储器PCM是SCM的未来吗？

news2024/11/14 23:41:15

在去年7月份有一件震惊存储圈的事情，那就是Intel说要放弃Optane产品线，包括PMEM和SSD两个方向都要放弃。存储圈看到听到这个消息也是一脸的茫然。

在Optane产品发布之前，大家针对DRAM和SSD之间的性能gap一直在苦苦找寻合适的产品。SCM存储级内存一直在不断的研究中，MRAM，ReRAM，PRAM等等。

3D Xpoint（其实也是PCM，相变存储器）出现，凭借低延迟的优势，填补了NAND和DRAM之间的性能和延迟差距。但是，由于成本营收的问题，Intel也被迫放弃了Optane这个产品。

之后，业内也在积极寻找各种替代方案

Kioxia推出XL-Flash，基于BiCS 3D SLC/MLC NAND，16 plane架构，快速读写，寿命也接近Optane。
三星推出基于Z-NAND技术开发，DWPD达到30（Optane DWPD在100以上），AIC插卡的形式实现。

XL-Flash和Z-SSD虽然都可以称为SCM，但是由于都是基于NAND而来的产品，相对Optane介质的差距还是很大，特别是NAND有的读干扰、写干扰等效应、GC垃圾回收/WL磨损均衡等均不可避免，QoS的性能稳定性相对Optane很大。只能作为Optane退而求其次的选择。

接着业内，又出现了基于持久化内存Persistent Memory的角度Optane替代方案：NVDIMM和CXL会成为下一个选择

NVDIMM-N实现原理就是增加NAND Flash，在数据掉电的时候，数据可以通过NVDIMM控制器下刷到NAND Flash保证数据非易失的特性。
随着新的互联协议CXL(全称Comupte Express Link)的火热，内存互联的需要越来越多，使用CXL实现内存分层存储提供了一种替代的架构体系。

业内还在进行多种探索，据小编不完全信息了解到，截至目前，业内还没有一款成功替代Optane的产品出现。大家的眼光，好像又回到了Optane的本质PCM。

那么，PCM是SCM的终局吗？今天我们来聊聊相变存储器PCM。

PCM这种存储器可厉害了，它可以根据温度变化来储存和读取数据，是不是有点神奇呢？

首先，让我们来看看PCM的原理。它的核心是由一种特殊的相变材料构成的，这种材料有个特点，就是当温度达到一定高度时，它的晶体结构会发生变化，也就是相变。而这个相变过程是可以逆转的，所以利用这个特性，我们就可以储存和读取数据了。具体来说，就是通过加热让相变材料从晶体状态变成非晶体状态，或者从非晶体状态变成晶体状态，从而储存和读取数据。

PCM的优点呢，主要有以下几点。首先，它读写速度非常快，比传统的闪存快了好几倍。其次，它的能效非常高，因为它只消耗很少的能量来完成读写操作。再次，它的耐久性也非常好，可以承受大量的读写操作，这就意味着PCM的寿命很长。

不过呢，PCM也有一些缺点。首先，它的存储密度还不够高，也就是说，同样的空间里，它能储存的数据还不够多。其次，它的可靠性也有待提高，因为相变材料可能会在使用过程中出现疲劳或者失效的问题。

不过，尽管PCM还有一些问题需要解决，但它作为一种新型的存储器，还是有着非常广阔的应用前景的。比如说，我们可以将PCM应用于高速缓存、嵌入式系统、物联网设备等领域，还可以将它作为一种新型的存储材料，用于研发更高效的存储器和处理器。

在未来的5-10年存储市场格局中，DRAM和NAND依然会保持绝对的领导地位，占比超过95%。新兴的非易失存储eNVM(Emerging Non-Volatile Memory)的市场份额，到2027年依然会不到1%。

其中，相变存储器(PCM, Phase-Change Memory),也是新兴的非易失存储eNVM的一种。国外的公司研究厂商有Intel，三星，海力士，镁光，IBM，意法半导体（STMicroelectronics）等。（Intel/Micron目前已经是放弃了Optane产品线）

中国研究PCM相变存储的公司有很多，其中一家是北京时代全芯存储技术股份有限公司（AMT）。该公司致力于开发及生产搭载最新存储PCM（相变存储）技术的存储产品，是中国最早获得IBM核心集成电路技术专利的民营企业之一。另外，江苏时代全芯存储科技有限公司也是一家研究PCM相变存储的公司（从股权组织关系来看，跟北京时代全芯存储是属于同一体系，都是从IBM购买的PCM专利）。