相變存儲器的集成方式

A. 相變存儲器的工作原理

相變存儲器（PCM）是一種非易失存儲設備，它利用材料的可逆轉的相變來存儲信息。同一物質可以在諸如固體、液體、氣體、冷凝物和等離子體等狀態下存在，這些狀態都稱為相。相變存儲器便是利用特殊材料在不同相間的電阻差異進行工作的。
在非晶態下，GST材料具有短距離的原子能級和較低的自由電子密度，使得其具有較高的電阻率。由於這種狀態通常出現在RESET操作之後，一般稱其為RESET狀態，在RESET操作中DUT的溫度上升到略高於熔點溫度，然後突然對GST淬火將其冷卻。冷卻的速度對於非晶層的形成至關重要。非晶層的電阻通常可超過1兆歐。
在晶態下，GST材料具有長距離的原子能級和較高的自由電子密度，從而具有較低的電阻率。由於這種狀態通常出現在SET操作之後，我們一般稱其為SET狀態，在SET操作中，材料的溫度上升高於再結晶溫度但是低於熔點溫度，然後緩慢冷卻使得晶粒形成整層。晶態的電阻范圍通常從1千歐到10千歐。晶態是一種低能態；因此，當對非晶態下的材料加熱，溫度接近結晶溫度時，它就會自然地轉變為晶態。
典型的GST PCM器件結構頂部電極、晶態GST、α/晶態GST、熱絕緣體、電阻（加熱器）、底部電極組成。一個電阻連接在GST層的下方。加熱/熔化過程隻影響該電阻頂端周圍的一小片區域。擦除/RESET脈沖施加高電阻即邏輯0，在器件上形成一片非晶層區域。擦除/RESET脈沖比寫/SET脈沖要高、窄和陡峭。SET脈沖用於置邏輯1，使非晶層再結晶回到結晶態。

B. 非易失性內存的信息描述

非易失性內存的一種，利用存儲單元的可逆的相變來存儲信息。可擦寫的CD/DVD一直在用這種技術。目前主流技術是採用硫族元素（元素周期表上「氧」那一列）做的合金，一般採用的是鍺、銻、碲合金（簡稱GST）。這種合金在常溫下有兩種狀態，一種是不規則、無序的，具有較高的電阻（非晶態）；另一種是高度有序的，具有較低的電阻（晶態）。通過電脈沖局部集中加熱的方式在這兩種之間切換。和RAM一樣，相變存儲器是按位讀寫的。相比於Flash技術，相變存儲器不需要單獨的擦除步驟。讀取延遲大約在50-100納秒左右，寫入延遲大約是幾毫秒。PCM對運行環境的溫度要求很敏感，一般工作在0-70攝氏度之間。
MRAM:magnetic random access memory，磁阻隨機存取內存。
STT-MRAM: spin-transfer-torque magnetic RAM。實驗室階段，尚無產品。
ReRAM(RRAM): Resistive random-access memory 可變電阻式存儲器。
ECC（error correcting circuits）：對於BCH編碼，從k位的數據中糾正t個錯誤，至少需要t * ceil (log2k) + 1個校驗位。ECC採用標準的Hamming碼再多加一位parity bit，於是可以檢測一位及兩位錯誤，並糾正一位錯誤。現在主要是採用64+8,即72位一組，其中64位是數據，8位是校驗。
ECC是為DRAM設計的，對於Flash、NVM等，應考慮其它的方案。至少在有一點上有根本的不同，DRAM的錯誤一般都是臨時性的，而FLASH、PCM等都是永久的。
fusionIO octal：MLC Nand，如果是純512B的單位，IOPS 大約1百萬左右。以64 kB的單元讀寫，讀的帶寬是6GB/s，寫入帶寬4.4GB/s。訪問延遲30微秒。容量5.12T。
PCM需要程序做一些改進：
1、寫之前先讀，只寫被修改的位。
2、每行前面加一個標志位。稱為翻轉位。假如為1，代表其它的位是0-1翻轉過的。
不讀寫時可以不用通電保持數據，解決計算機存儲和訪問速度問題。
NVDIMM：non-volaitle al inline memory mole,一種集成了普通DDR RAM + 非易失性FLASH晶元的內存條。在系統異常掉電時，NVDIMM藉助其後備超級電容作為動力源，在短時間內將數據放入flash晶元，從而永久保存內存中的數據。相比其他介質的非易失性內存，NVDIMM已逐步進入主流伺服器市場，micron，viking，AGIGA等國外內存廠商皆以推出自己的NVDIMM。國內廠商雲動科技也了推出了自己的NVDIMM產品，並給出了基於NVDIMM的全系統保護 演示示例。

C. 存儲器的基本結構原理

存儲器單元實際上是時序邏輯電路的一種。按存儲器的使用類型可分為只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)，兩者的功能有較大的區別，因此在描述上也有所不同
存儲器是許多存儲單元的集合，按單元號順序排列。每個單元由若干三進制位構成，以表示存儲單元中存放的數值，這種結構和數組的結構非常相似，故在VHDL語言中，通常由數組描述存儲器

結構
存儲器結構在MCS - 51系列單片機中，程序存儲器和數據存儲器互相獨立，物理結構也不相同。程序存儲器為只讀存儲器，數據存儲器為隨機存取存儲器。從物理地址空間看，共有4個存儲地址空間，即片內程序存儲器、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器，I/O介面與外部數據存儲器統一編址

存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。
主存的工作方式是按存儲單元的地址存放或讀取各類信息，統稱訪問存儲器。主存中匯集存儲單元的載體稱為存儲體，存儲體中每個單元能夠存放一串二進制碼表示的信息，該信息的總位數稱為一個存儲單元的字長。存儲單元的地址與存儲在其中的信息是一一對應的，單元地址只有一個，固定不變，而存儲在其中的信息是可以更換的。
指示每個單元的二進制編碼稱為地址碼。尋找某個單元時，先要給出它的地址碼。暫存這個地址碼的寄存器叫存儲器地址寄存器(MAR)。為可存放從主存的存儲單元內取出的信息或准備存入某存儲單元的信息，還要設置一個存儲器數據寄存器(MDR)

D. CPU-Z裡面內存里的DC模式是什麼意思

DC模式意思為、Dual Channel。Dual Channel是關於電腦記憶體的一種技術，最早使用此技術的記憶體是RDRam。

DC模式可理解為「打開雙通道的方式」。一般在CPU-Z中的顯示有灰色不可見、「對稱」、「不對稱」、「單通道+」等方式。DC模式在部分Intel晶元組的主板上是灰色的，原因是Intel的晶元組只支持對稱雙通道同步模式。

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在DDR Ram發展中期，內存帶寬開始出現瓶頸。原因是FSB帶寬比內存帶寬大得多，而處理器處理完的數據不能即時轉入內存，造成處理器性能得不到完全發揮。基於此,晶元組廠商引入雙通道內存技術。單條DDR內存是64位元帶寬,而兩條則是雙倍，128位元。內存瓶頸得以緩解。

注:若晶元組只支援單通道內存，就算插入兩條DDR內存也都是單通道內存，不會變成雙通道內存的。

引入雙通道內存技術的第一家晶元組廠商是nVidia。但當時AMD處理器的FSB帶寬不是很大，雙通道內存的效能提升作用輕微。

期後Intel將DDR雙通道內存技術引入，配合Xeon,晶元組名為E7205。它支援DDR266雙通道內存。用DDR的價錢，得到RDRam的效能。而主板廠將之支援Pentium 4。

畢竟是伺服器平台產品,價格比較貴。而SiS的SiS 655出現,使DDR雙通道成了平民化的技術。由於支援DDR333雙通道內存，效能比E7205更高,價錢更低。

而最經典的應該是i865PE了，支援DDR400雙通道內存，800MHz FSB的Pentium 4。 而i915P亦新增支援DDR-II 533雙通道內存。 最新的975X更支援DDR-II 667雙通道內存。

AMD平台方面，nVidia憑nForce 2 Ultra 400支援DDR400雙通道內存，成為當時AMD平台性能最佳的晶元組，更擊敗VIA的皇者地位。隨後AMD的Athlon 64系列處理器亦內建了DDR400雙通道內存控制器。

E. 相變存儲器的發展歷史

二十世紀五十年代至六十年代，Dr. Stanford Ovshinsky開始研究無定形物質的性質。無定形物質是一類沒有表現出確定、有序的結晶結構的物質。1968年，他發現某些玻璃在變相時存在可逆的電阻系數變化。1969年，他又發現激光在光學存儲介質中的反射率會發生響應的變化。1970年，他與他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量轉換裝置（ECD）公司，發布了他們與Intel的Gordon Moore合作的結果。1970年9月28日在Electronics發布的這一篇文章描述了世界上第一個256位半導體相變存儲器。
近30年後，能量轉換裝置（ECD）公司與MicronTechnology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel與Ovonyx發表了合作與許可協議，此份協議是現代PCM研究與發展的開端。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也與Ovonyx開始合作。至2003年，以上三家公司將力量集中，避免重復進行基礎的、競爭的研究與發展，避免重復進行延伸領域的研究，以加快此項技術的進展。2005年，ST與Intel發表了它們建立新的快閃記憶體公司的意圖，新公司名為Numonyx。
在1970年第一份產品問世以後的幾年中，半導體製作工藝有了很大的進展，這促進了半導體相變存儲器的發展。同時期，相變材料也愈加完善以滿足在可重復寫入的CD與DVD中的大量使用。Intel開發的相變存儲器使用了硫屬化物（Chalcogenides），這類材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相變存儲器使用一種含鍺、銻、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被稱為GST。現今大多數公司在研究和發展相變存儲器時都都使用GST或近似的相關合成材料。大部分DVD-RAM都是使用與Numonyx相變存儲器使用的相同的材料。
2011年8月31日，中國首次完成第一批基於相變存儲器的產品晶元。
2015年，《自然·光子學》雜志布了世界上第一個或可長期存儲數據且完全基於光的相變存儲器。

F. OUM是什麼東西

相變存儲器(OUM)
奧弗辛斯基(Stanford
Ovshinsky)在1968年發表了第一篇關於非晶體相變的論文，創立了非晶體半導體學。一年以後，他首次描述了基於相變理論的存儲器：材料由非晶體狀態變成晶體，再變回非晶體的過程中，其非晶體和晶體狀態呈現不同的反光特性和電阻特性，因此可以利用非晶態和晶態分別代表「0」和「1」來存儲數據。後來，人們將這一學說稱為奧弗辛斯基電子效應。相變存儲器是基於奧弗辛斯基效應的元件，因此被命名為奧弗辛斯基電效應統一存儲器(OUM)，如圖2所示。從理論上來說，OUM的優點在於產品體積較小、成本低、可直接寫入(即在寫入資料時不需要將原有資料抹除)和製造簡單，只需在現有的CMOS工藝上增加2~4次掩膜工序就能製造出來。

OUM是世界頭號半導體晶元廠商Intel公司推崇的下一代非易失性、大容量存儲技術。Intel和該項技術的發明廠商Ovonyx
公司一起，正在進行技術完善和可製造性方面的研發工作。Intel公司在2001年7月就發布了0.18mm工藝的4Mb
OUM測試晶元，該技術通過在一種硫化物上生成高低兩種不同的阻抗來存儲數據。2003年VLSI會議上，Samsung公司也報道研製成功以Ge2Sb2Te5(GST)為存儲介質，採用0.25mm工藝制備的小容量OUM，工作電壓在1.1V，進行了1.8x109
讀寫循環，在1.58x109循環後沒有出現疲勞現象。
不過OUM的讀寫速度和次數不如FeRAM和MRAM，同時如何穩定維持其驅動溫度也是一個技術難題。2003年7月，Intel負責非易失性存儲器等技術開發的S.K.Lai還指出OUM的另一個問題：OUM的存儲單元雖小，但需要的外圍電路面積較大，因此晶元面積反而是OUM的一個頭疼問題。同時從目前來看，OUM的生產成本比Intel預想的要高得多，也成為阻礙其發展的瓶頸之一。

G. 存儲器晶元屬於哪種集成電路

存儲器晶元屬於通用集成電路。
存儲晶元是嵌入式系統晶元的概念在存儲行業的具體應用。因此，無論是系統晶元還是存儲晶元，都是通過在單一晶元中嵌入軟體，實現多功能和高性能，以及對多種協議、多種硬體和不同應用的支持。
對存儲行業而言，存儲晶元主要以兩種方式實現產品化：
1、ASIC技術實現存儲晶元
ASIC(專用集成電路)在存儲和網路行業已經得到了廣泛應用。除了可以大幅度地提高系統處理能力，加快產品研發速度以外，ASIC更適於大批量生產的產品，根椐固定需求完成標准化設計。在存儲行業，ASIC通常用來實現存儲產品技術的某些功能，被用做加速器，或緩解各種優化技術的大量運算對CPU造成的過量負載所導致的系統整體性能的下降。
2、FPGA 技術實現存儲晶元
FPGA（現場可編程門陣列）是專用集成電路（ASIC）中級別最高的一種。與ASIC相比，FPGA能進一步縮短設計周期，降低設計成本，具有更高的設計靈活性。當需要改變已完成的設計時，ASIC的再設計時間通常以月計算，而FPGA的再設計則以小時計算。這使FPGA具有其他技術平台無可比擬的市場響應速度。
新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷（多數工具以微微秒-百億分之一秒計算）的特性。同時，廠商可對FPGA功能模塊和I/O模塊進行重新配置，也可以在線對其編程實現系統在線重構。這使FPGA可以構建一個根據計算任務而實時定製軟核處理器。並且，FPGA功能沒有限定，可以是存儲控制器，也可以是處理器。新一代FPGA支持多種硬體，具有可編程I/O，IP（知識產權）和多處理器芯核兼備。這些綜合優點，使得FPGA被一些存儲廠商應用在開發存儲晶元架構的全功能產品。

H. 常見的非易失性存儲器有哪幾種

常見的非易失性存儲器有以下幾種：

一、可編程只讀內存：PROM（Programmable read-only memory）

其內部有行列式的鎔絲，可依用戶（廠商）的需要，利用電流將其燒斷，以寫入所需的數據及程序，鎔絲一經燒斷便無法再恢復，亦即數據無法再更改。

二、電可擦可編程只讀內存：EEPROM（Electrically erasable programmable read only memory）

電子抹除式可復寫只讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM）之運作原理類似EPROM，但是抹除的方式是使用高電場來完成，因此不需要透明窗。

三、可擦可編程只讀內存：EPROM（Erasable programmable read only memory）

可利用高電壓將數據編程寫入，但抹除時需將線路曝光於紫外線下一段時間，數據始可被清空，再供重復使用。因此，在封裝外殼上會預留一個石英玻璃所制的透明窗以便進行紫外線曝光。

四、電可改寫只讀內存：EAROM（Electrically alterable read only memory）

內部所用的晶元與寫入原理同EPROM，但是為了節省成本，封裝上不設置透明窗，因此編程寫入之後就不能再抹除改寫。

五、快閃記憶體：Flash memory

是一種電子式可清除程序化只讀存儲器的形式，允許在操作中被多次擦或寫的存儲器。這種科技主要用於一般性數據存儲，以及在電腦與其他數字產品間交換傳輸數據，如儲存卡與U盤。快閃記憶體是一種特殊的、以宏塊抹寫的EEPROM。早期的快閃記憶體進行一次抹除，就會清除掉整顆晶元上的數據。