IBM研究院(IBM Research)的科學(xué)家采用一種較新的存儲(chǔ)技術(shù)，即被稱(chēng)為相變存儲(chǔ)(PCM)技術(shù)，首次展示了每個(gè)單元穩(wěn)定的存儲(chǔ)3比特?cái)?shù)據(jù)的能力。
目前常用的存儲(chǔ)器主要有DRAM、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器以及普遍使用的閃存盤(pán)(U盤(pán))。但在過(guò)去的幾年，PCM因其綜合了高速讀/寫(xiě)、耐用和非易失性及高存儲(chǔ) 密度引起了業(yè)界的關(guān)注，有潛力成為一種通用存儲(chǔ)技術(shù)。例如，與DRAM不同，PCM在斷電時(shí)不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，并且這種技術(shù)可實(shí)現(xiàn)至少1000萬(wàn)次重復(fù)擦寫(xiě)次 數(shù)，而普通的USB閃存記憶棒(U盤(pán))最多只能重復(fù)擦寫(xiě)3000次。
這項(xiàng)研究突破可提供快速簡(jiǎn)便的存儲(chǔ)，以滿(mǎn)足移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)成幾何級(jí)數(shù)劇增的海量數(shù)據(jù)。
應(yīng)用
IBM科學(xué)家認(rèn)為，PCM存儲(chǔ)器可以獨(dú)立使用，或者用作混合應(yīng)用設(shè)備的一部分，此類(lèi)混合應(yīng)用設(shè)備整合了PCM和閃存，以PCM作為速度極快的高速緩 沖存儲(chǔ)器(Cache)。例如，手機(jī)的操作系統(tǒng)可儲(chǔ)存在PCM中，使手機(jī)可在幾秒鐘內(nèi)開(kāi)機(jī)。在企業(yè)領(lǐng)域，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都可儲(chǔ)存在PCM中，可為時(shí)間要求苛刻 的在線(xiàn)應(yīng)用(例如金融交易)提供超快的查詢(xún)處理。
這項(xiàng)技術(shù)還可通過(guò)減少在迭代之間讀取數(shù)據(jù)時(shí)導(dǎo)致的延遲開(kāi)銷(xiāo)，大大提高采用大型數(shù)據(jù)集的機(jī)器學(xué)習(xí)算法的速度。
PCM的工作原理
PCM材料具有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)，非晶相(沒(méi)有明確的結(jié)構(gòu))和晶相(具有明確的結(jié)構(gòu))，分別具有較低和較高的導(dǎo)電率。
如果想在PCM單元上儲(chǔ)存"0"或"1"，即大家熟知的比特，我們可在這種材料上通上較高或者中等電流。"0"可編程設(shè)定為在非晶相下寫(xiě)入， 而"1"在晶相下寫(xiě)入，或者相反。然后通上低電壓，將這個(gè)位讀取出來(lái)。這就是可重寫(xiě)藍(lán)光光盤(pán)(Blue-ray Discs)*儲(chǔ)存視頻的原理。
先前，IBM以及其它研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家已成功展示了在PCM上每個(gè)單元存儲(chǔ)1個(gè)比特的能力，但今天在巴黎的 IEEE國(guó)際存儲(chǔ)器研討會(huì)上，IBM的科學(xué)家首次展示了在高溫下的64k單元陣列上實(shí)現(xiàn)每個(gè)單元成功儲(chǔ)存3比特的能力，并且其重復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)突破了100萬(wàn)次。
"相變存儲(chǔ)器是首款既具有DRAM特性又具有閃存特性的通用存儲(chǔ)器裝置，因此可解決業(yè)界面臨的重大挑戰(zhàn)之一，"論文作者、IBM研究院非易失性存儲(chǔ) 器研究部門(mén)經(jīng)理Haris Pozidis博士在蘇黎世對(duì)媒體說(shuō)，"實(shí)現(xiàn)每單元3比特(3位)的存儲(chǔ)能力是一個(gè)重要的里程碑，因?yàn)樵谶@種存儲(chǔ)密度下，PCM的成本將會(huì)大大低于 DRAM的成本并且接近閃存的成本。"
為了實(shí)現(xiàn)多位存儲(chǔ)，IBM的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了兩項(xiàng)創(chuàng)新性的使能技術(shù)：一套不受偏移影響單元狀態(tài)測(cè)量方法以及偏移容錯(cuò)編碼和檢測(cè)方案。
更具體地說(shuō)，這種新的單元狀態(tài)測(cè)量方法可測(cè)量PCM單元的物理特性，檢測(cè)其在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是否能保持穩(wěn)定狀態(tài)，這樣的話(huà)其對(duì)偏移就會(huì)不敏感，而偏移可 影響此單元的長(zhǎng)期電導(dǎo)率穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)單元上所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)在環(huán)境溫度波動(dòng)的情況下仍能獲得額外的穩(wěn)健性(additional robustness)，IBM的科學(xué)家采用了一種新的編碼和檢測(cè)方案。這個(gè)方案可以通過(guò)自適應(yīng)方式修改用來(lái)檢測(cè)此單元所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電平閾值，使其能隨著 溫度變化引起的各種波動(dòng)而變化。因此，這種存儲(chǔ)器寫(xiě)入程序后，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都能可靠地讀取單元狀態(tài)，從而可提供較高的非易失性。
"通過(guò)綜合這些進(jìn)步，可解決多位PCM的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括偏移、可變性、溫度敏感性和重復(fù)擦寫(xiě)次數(shù)，"IBM院士(IBM Fellow)Evangelos Eleftheriou博士說(shuō)道。
IBM的科學(xué)家所使用的實(shí)驗(yàn)用多位PCM芯片連接在一塊標(biāo)準(zhǔn)的集成電路板上。該芯片由一個(gè)4-bank 內(nèi)存交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的2 × 2 Mcell 陣列組成。這款存儲(chǔ)器陣列大小為2 × 1000 微米 (μm)× 800 微米(μm)。PCM單元采用摻雜硫族化物合金制作而成，集成在標(biāo)準(zhǔn)原型芯片上，該芯片作為90nm CMOS基線(xiàn)技術(shù)中的特征化載具。
OpenPOWER
在3月份于美國(guó)加州圣何塞舉行的2016 OpenPOWER峰會(huì)(2016 OpenPOWER Summit)上，IBM的科學(xué)家通過(guò)CAPI(一致性加速處理器接口)協(xié)議，首次展示了安裝在基于POWER8的服務(wù)器(由IBM和泰安計(jì)算機(jī)公司制 造)上的相變存儲(chǔ)器。這項(xiàng)技術(shù)利用了PCM的低延遲和小存取粒度、OpenPOWER結(jié)構(gòu)的效率和CAPI協(xié)議。在展示中，科學(xué)家在PCM芯片和 POWER8處理器之間測(cè)得一致性很高的極低128字節(jié)讀/寫(xiě)延遲。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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