相变存储器的集成方式

A. 相变存储器的工作原理

相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。
在非晶态下，GST材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使得其具有较高的电阻率。由于这种状态通常出现在RESET操作之后，一般称其为RESET状态，在RESET操作中DUT的温度上升到略高于熔点温度，然后突然对GST淬火将其冷却。冷却的速度对于非晶层的形成至关重要。非晶层的电阻通常可超过1兆欧。
在晶态下，GST材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度，从而具有较低的电阻率。由于这种状态通常出现在SET操作之后，我们一般称其为SET状态，在SET操作中，材料的温度上升高于再结晶温度但是低于熔点温度，然后缓慢冷却使得晶粒形成整层。晶态的电阻范围通常从1千欧到10千欧。晶态是一种低能态；因此，当对非晶态下的材料加热，温度接近结晶温度时，它就会自然地转变为晶态。
典型的GST PCM器件结构顶部电极、晶态GST、α/晶态GST、热绝缘体、电阻（加热器）、底部电极组成。一个电阻连接在GST层的下方。加热/熔化过程只影响该电阻顶端周围的一小片区域。擦除/RESET脉冲施加高电阻即逻辑0，在器件上形成一片非晶层区域。擦除/RESET脉冲比写/SET脉冲要高、窄和陡峭。SET脉冲用于置逻辑1，使非晶层再结晶回到结晶态。

B. 非易失性内存的信息描述

非易失性内存的一种，利用存储单元的可逆的相变来存储信息。可擦写的CD/DVD一直在用这种技术。目前主流技术是采用硫族元素（元素周期表上“氧”那一列）做的合金，一般采用的是锗、锑、碲合金（简称GST）。这种合金在常温下有两种状态，一种是不规则、无序的，具有较高的电阻（非晶态）；另一种是高度有序的，具有较低的电阻（晶态）。通过电脉冲局部集中加热的方式在这两种之间切换。和RAM一样，相变存储器是按位读写的。相比于Flash技术，相变存储器不需要单独的擦除步骤。读取延迟大约在50-100纳秒左右，写入延迟大约是几毫秒。PCM对运行环境的温度要求很敏感，一般工作在0-70摄氏度之间。
MRAM:magnetic random access memory，磁阻随机存取内存。
STT-MRAM: spin-transfer-torque magnetic RAM。实验室阶段，尚无产品。
ReRAM(RRAM): Resistive random-access memory 可变电阻式存储器。
ECC（error correcting circuits）：对于BCH编码，从k位的数据中纠正t个错误，至少需要t * ceil (log2k) + 1个校验位。ECC采用标准的Hamming码再多加一位parity bit，于是可以检测一位及两位错误，并纠正一位错误。现在主要是采用64+8,即72位一组，其中64位是数据，8位是校验。
ECC是为DRAM设计的，对于Flash、NVM等，应考虑其它的方案。至少在有一点上有根本的不同，DRAM的错误一般都是临时性的，而FLASH、PCM等都是永久的。
fusionIO octal：MLC Nand，如果是纯512B的单位，IOPS 大约1百万左右。以64 kB的单元读写，读的带宽是6GB/s，写入带宽4.4GB/s。访问延迟30微秒。容量5.12T。
PCM需要程序做一些改进：
1、写之前先读，只写被修改的位。
2、每行前面加一个标志位。称为翻转位。假如为1，代表其它的位是0-1翻转过的。
不读写时可以不用通电保持数据，解决计算机存储和访问速度问题。
NVDIMM：non-volaitle al inline memory mole,一种集成了普通DDR RAM + 非易失性FLASH芯片的内存条。在系统异常掉电时，NVDIMM借助其后备超级电容作为动力源，在短时间内将数据放入flash芯片，从而永久保存内存中的数据。相比其他介质的非易失性内存，NVDIMM已逐步进入主流服务器市场，micron，viking，AGIGA等国外内存厂商皆以推出自己的NVDIMM。国内厂商云动科技也了推出了自己的NVDIMM产品，并给出了基于NVDIMM的全系统保护 演示示例。

C. 存储器的基本结构原理

存储器单元实际上是时序逻辑电路的一种。按存储器的使用类型可分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，两者的功能有较大的区别，因此在描述上也有所不同
存储器是许多存储单元的集合，按单元号顺序排列。每个单元由若干三进制位构成，以表示存储单元中存放的数值，这种结构和数组的结构非常相似，故在VHDL语言中，通常由数组描述存储器

结构
存储器结构在MCS - 51系列单片机中，程序存储器和数据存储器互相独立，物理结构也不相同。程序存储器为只读存储器，数据存储器为随机存取存储器。从物理地址空间看，共有4个存储地址空间，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器，I/O接口与外部数据存储器统一编址

存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。和CPU直接交换信息的是主存。
主存的工作方式是按存储单元的地址存放或读取各类信息，统称访问存储器。主存中汇集存储单元的载体称为存储体，存储体中每个单元能够存放一串二进制码表示的信息，该信息的总位数称为一个存储单元的字长。存储单元的地址与存储在其中的信息是一一对应的，单元地址只有一个，固定不变，而存储在其中的信息是可以更换的。
指示每个单元的二进制编码称为地址码。寻找某个单元时，先要给出它的地址码。暂存这个地址码的寄存器叫存储器地址寄存器(MAR)。为可存放从主存的存储单元内取出的信息或准备存入某存储单元的信息，还要设置一个存储器数据寄存器(MDR)

D. CPU-Z里面内存里的DC模式是什么意思

DC模式意思为、Dual Channel。Dual Channel是关于电脑记忆体的一种技术，最早使用此技术的记忆体是RDRam。

DC模式可理解为“打开双通道的方式”。一般在CPU-Z中的显示有灰色不可见、“对称”、“不对称”、“单通道+”等方式。DC模式在部分Intel芯片组的主板上是灰色的，原因是Intel的芯片组只支持对称双通道同步模式。

(4)相变存储器的集成方式扩展阅读：

在DDR Ram发展中期，内存带宽开始出现瓶颈。原因是FSB带宽比内存带宽大得多，而处理器处理完的数据不能即时转入内存，造成处理器性能得不到完全发挥。基于此,芯片组厂商引入双通道内存技术。单条DDR内存是64位元带宽,而两条则是双倍，128位元。内存瓶颈得以缓解。

注:若芯片组只支援单通道内存，就算插入两条DDR内存也都是单通道内存，不会变成双通道内存的。

引入双通道内存技术的第一家芯片组厂商是nVidia。但当时AMD处理器的FSB带宽不是很大，双通道内存的效能提升作用轻微。

期后Intel将DDR双通道内存技术引入，配合Xeon,芯片组名为E7205。它支援DDR266双通道内存。用DDR的价钱，得到RDRam的效能。而主板厂将之支援Pentium 4。

毕竟是服务器平台产品,价格比较贵。而SiS的SiS 655出现,使DDR双通道成了平民化的技术。由于支援DDR333双通道内存，效能比E7205更高,价钱更低。

而最经典的应该是i865PE了，支援DDR400双通道内存，800MHz FSB的Pentium 4。 而i915P亦新增支援DDR-II 533双通道内存。 最新的975X更支援DDR-II 667双通道内存。

AMD平台方面，nVidia凭nForce 2 Ultra 400支援DDR400双通道内存，成为当时AMD平台性能最佳的芯片组，更击败VIA的皇者地位。随后AMD的Athlon 64系列处理器亦内建了DDR400双通道内存控制器。

E. 相变存储器的发展历史

二十世纪五十年代至六十年代，Dr. Stanford Ovshinsky开始研究无定形物质的性质。无定形物质是一类没有表现出确定、有序的结晶结构的物质。1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。1970年，他与他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量转换装置（ECD）公司，发布了他们与Intel的Gordon Moore合作的结果。1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。
近30年后，能量转换装置（ECD）公司与MicronTechnology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议，此份协议是现代PCM研究与发展的开端。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也与Ovonyx开始合作。至2003年，以上三家公司将力量集中，避免重复进行基础的、竞争的研究与发展，避免重复进行延伸领域的研究，以加快此项技术的进展。2005年，ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图，新公司名为Numonyx。
在1970年第一份产品问世以后的几年中，半导体制作工艺有了很大的进展，这促进了半导体相变存储器的发展。同时期，相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。Intel开发的相变存储器使用了硫属化物（Chalcogenides），这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。现今大多数公司在研究和发展相变存储器时都都使用GST或近似的相关合成材料。大部分DVD-RAM都是使用与Numonyx相变存储器使用的相同的材料。
2011年8月31日，中国首次完成第一批基于相变存储器的产品芯片。
2015年，《自然·光子学》杂志布了世界上第一个或可长期存储数据且完全基于光的相变存储器。

F. OUM是什么东西

相变存储器(OUM)
奥弗辛斯基(Stanford
Ovshinsky)在1968年发表了第一篇关于非晶体相变的论文，创立了非晶体半导体学。一年以后，他首次描述了基于相变理论的存储器：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。后来，人们将这一学说称为奥弗辛斯基电子效应。相变存储器是基于奥弗辛斯基效应的元件，因此被命名为奥弗辛斯基电效应统一存储器(OUM)，如图2所示。从理论上来说，OUM的优点在于产品体积较小、成本低、可直接写入(即在写入资料时不需要将原有资料抹除)和制造简单，只需在现有的CMOS工艺上增加2~4次掩膜工序就能制造出来。

OUM是世界头号半导体芯片厂商Intel公司推崇的下一代非易失性、大容量存储技术。Intel和该项技术的发明厂商Ovonyx
公司一起，正在进行技术完善和可制造性方面的研发工作。Intel公司在2001年7月就发布了0.18mm工艺的4Mb
OUM测试芯片，该技术通过在一种硫化物上生成高低两种不同的阻抗来存储数据。2003年VLSI会议上，Samsung公司也报道研制成功以Ge2Sb2Te5(GST)为存储介质，采用0.25mm工艺制备的小容量OUM，工作电压在1.1V，进行了1.8x109
读写循环，在1.58x109循环后没有出现疲劳现象。
不过OUM的读写速度和次数不如FeRAM和MRAM，同时如何稳定维持其驱动温度也是一个技术难题。2003年7月，Intel负责非易失性存储器等技术开发的S.K.Lai还指出OUM的另一个问题：OUM的存储单元虽小，但需要的外围电路面积较大，因此芯片面积反而是OUM的一个头疼问题。同时从目前来看，OUM的生产成本比Intel预想的要高得多，也成为阻碍其发展的瓶颈之一。

G. 存储器芯片属于哪种集成电路

存储器芯片属于通用集成电路。
存储芯片是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用。因此，无论是系统芯片还是存储芯片，都是通过在单一芯片中嵌入软件，实现多功能和高性能，以及对多种协议、多种硬件和不同应用的支持。
对存储行业而言，存储芯片主要以两种方式实现产品化：
1、ASIC技术实现存储芯片
ASIC(专用集成电路)在存储和网络行业已经得到了广泛应用。除了可以大幅度地提高系统处理能力，加快产品研发速度以外，ASIC更适于大批量生产的产品，根椐固定需求完成标准化设计。在存储行业，ASIC通常用来实现存储产品技术的某些功能，被用做加速器，或缓解各种优化技术的大量运算对CPU造成的过量负载所导致的系统整体性能的下降。
2、FPGA 技术实现存储芯片
FPGA（现场可编程门阵列）是专用集成电路（ASIC）中级别最高的一种。与ASIC相比，FPGA能进一步缩短设计周期，降低设计成本，具有更高的设计灵活性。当需要改变已完成的设计时，ASIC的再设计时间通常以月计算，而FPGA的再设计则以小时计算。这使FPGA具有其他技术平台无可比拟的市场响应速度。
新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷（多数工具以微微秒-百亿分之一秒计算）的特性。同时，厂商可对FPGA功能模块和I/O模块进行重新配置，也可以在线对其编程实现系统在线重构。这使FPGA可以构建一个根据计算任务而实时定制软核处理器。并且，FPGA功能没有限定，可以是存储控制器，也可以是处理器。新一代FPGA支持多种硬件，具有可编程I/O，IP（知识产权）和多处理器芯核兼备。这些综合优点，使得FPGA被一些存储厂商应用在开发存储芯片架构的全功能产品。

H. 常见的非易失性存储器有哪几种

常见的非易失性存储器有以下几种：

一、可编程只读内存：PROM（Programmable read-only memory）

其内部有行列式的镕丝，可依用户（厂商）的需要，利用电流将其烧断，以写入所需的数据及程序，镕丝一经烧断便无法再恢复，亦即数据无法再更改。

二、电可擦可编程只读内存：EEPROM（Electrically erasable programmable read only memory）

电子抹除式可复写只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM）之运作原理类似EPROM，但是抹除的方式是使用高电场来完成，因此不需要透明窗。

三、可擦可编程只读内存：EPROM（Erasable programmable read only memory）

可利用高电压将数据编程写入，但抹除时需将线路曝光于紫外线下一段时间，数据始可被清空，再供重复使用。因此，在封装外壳上会预留一个石英玻璃所制的透明窗以便进行紫外线曝光。

四、电可改写只读内存：EAROM（Electrically alterable read only memory）

内部所用的芯片与写入原理同EPROM，但是为了节省成本，封装上不设置透明窗，因此编程写入之后就不能再抹除改写。

五、闪存：Flash memory

是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储，以及在电脑与其他数字产品间交换传输数据，如储存卡与U盘。闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM。早期的闪存进行一次抹除，就会清除掉整颗芯片上的数据。