IBM希望能在未來五年內(nèi)把一種新型存儲設(shè)備商用化,。百年巨人能夠再度引領(lǐng)創(chuàng)新嗎？

　　我們的存儲裝置已經(jīng)在過去的80年中經(jīng)歷了異常激烈的變化,，它們變得越來越難以理解和難以直接讀出,，但也變得更小,、更快、更穩(wěn)定,。但是這并不夠,，因為人們對于效率的追求永無止境。現(xiàn)在,，一種低耗能,、高速度,、全固態(tài)的存儲設(shè)備也許會成為新的流行，而IBM所做出的努力也許能讓這種叫做“相變存儲裝置”(Phase Change Memory,，簡為PCM)的設(shè)備更快地普及開來,。

　　“相”是指物質(zhì)的狀態(tài)，準確地說,，是物質(zhì)系統(tǒng)中具有相同物理性質(zhì)的均勻物質(zhì)部分,。同屬固態(tài)，但是碳有金剛石和石墨兩種相,，鐵則有四種,，其間的區(qū)別在于原子構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)就會導(dǎo)致不同的物理性質(zhì),，就像金剛石是世界上最堅硬的物質(zhì),，而石墨卻很軟一樣。人們嘗試利用不同的相所表現(xiàn)出來的不同物理性質(zhì)來分別代表0和1,，這種存儲方式就被稱做“相變存儲”,。

　　1960年，美國發(fā)明家Stanford Ovshinsky博士發(fā)現(xiàn)了一些玻璃在相變時電阻也會發(fā)生變化,，而這種電阻變化是可逆的,；幾年后，他又發(fā)現(xiàn)一些材料在表現(xiàn)為不同的相時,，對激光的反射率也有不同,。這些發(fā)現(xiàn)意味著人們可以通過電流或者激光來測出物質(zhì)的相，也帶來了存儲設(shè)備開發(fā)的新思路,。Ovshinsky創(chuàng)立了“能量轉(zhuǎn)換裝置”公司,，并且和Intel的創(chuàng)始人之一、提出了著名的“摩爾定律”的Gordon Moore合作,，在1970年制造出第一塊半導(dǎo)體相變存儲器,。

　　當(dāng)時是晶體管的黃金時代，相變存儲器的時機尚未到來,。1980年代,，出于對可擦寫CD的需求，相變存儲裝置迅速變成了大型產(chǎn)業(yè)—在不同的相中,，材料的反射率不同,，光驅(qū)的讀取頭便可以分辨出在當(dāng)前激光掃描到的區(qū)域上存儲的數(shù)據(jù)。后來,，這種技術(shù)也同樣被用在了可擦寫DVD上,。

　　用于可擦寫CD的相變材料能夠在晶體和非晶體狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化。當(dāng)對非晶態(tài)的相變材料緩慢加熱時,，材料會慢慢變成晶體狀態(tài),，呈現(xiàn)出一種反射特征,；而如果對晶態(tài)的相變材料加熱到熔點以上并且迅速降溫的話，它就會凝結(jié)成非晶體,，呈現(xiàn)出另一種反射特征,。

　　當(dāng)然，要加熱相變材料,，并不只有激光一種方式,，電也是一個好選擇。半導(dǎo)體相變存儲器件就是用電流加熱相變材料,，其過程和可擦寫CD十分相似,，但是使用的材料卻大有不同。今天廣泛使用的是一種簡稱為GST的材料,，它由鍺銻碲混合而成,，三種元素的原子數(shù)量比是2：2：5。GST的特征是在不同的相時,，電阻率會有明顯的變化，通過測量流過GST的電流強度,，就可以判斷出當(dāng)前存儲的是0還是1,。這是一種通過操縱原子排列而實現(xiàn)存儲的設(shè)備。

　　現(xiàn)在相變存儲器的通用設(shè)計是把一層GST夾在頂端電極與底端電極之間,，并且由底端電極延伸出的加熱電阻接觸GST層,。電流注入加熱電阻與GST的連接點時，產(chǎn)生的熱量會引起相變,，相變后的材料性質(zhì)由電流,、電壓和時間決定，可以用較強的電流寫入,，用較弱的電流讀取,。

　　這種存儲裝置有許多優(yōu)勢。它的使用壽命達到1000萬次寫入周期,，遠遠高于企業(yè)級閃存芯片的3萬次,；它可以存儲的最小單位是1位，這也是人們用來計量數(shù)據(jù)的最小單位,。它不像內(nèi)存那樣需要持續(xù)的電流供應(yīng)才不會丟失數(shù)據(jù),，讀取和寫入的速度遠遠超過閃存，而帶寬卻能夠與內(nèi)存媲美,。無論怎么看,，它都像是人們想要的那種存儲設(shè)備。

　　但是,，目前依然還有困擾著相變存儲器發(fā)展的問題：它的每個存儲單元只能存儲一位,，成本不低而容量不高,，目前只是小規(guī)模地適用于手機上，還不適合用于計算機,。IBM蘇黎世研發(fā)中心解決的就是這個問題,。在6月份于美國加州蒙特利召開的第三屆美國電氣和電子工程師協(xié)會國際存儲設(shè)備工作組會議上，IBM的研發(fā)工程師提出了多位相變存儲器的設(shè)計報告,，成功地在每個存儲單元存儲了四種不同的狀態(tài),，讓每個存儲單元都能存儲兩位數(shù)據(jù)。

　　這塊PCM實驗芯片使用90納米工藝制造,，擁有20萬個存儲單元,，已經(jīng)經(jīng)過了5個月的數(shù)據(jù)存儲實驗，證明達到了企業(yè)級存儲設(shè)備的要求,。IBM的研發(fā)人員改進了整個寫入流程,，以“迭代式寫入”的方法精確地控制存儲單元的電阻率，還利用先進的調(diào)制技術(shù)提高了存儲的可靠性,。

　　“組織和消費者越來越傾向于云計算模式,。”蘇黎世研發(fā)中心的存儲技術(shù)部門經(jīng)理Haris Pozidis說，“我們需要更強,、更高效,，而在價格上也可以接受的存儲技術(shù)。通過這項研究,，我們在相變存儲實用化方面邁出了一大步,。”

　　的確如此。下一個新時代需要這樣的設(shè)備,，更好的多位相變存儲器甚至可能親手把它的前輩—同樣誕生于IBM研發(fā)實驗室的硬盤—徹底埋葬,。但是那應(yīng)該不會在最近發(fā)生。根據(jù)IBM的計劃,，多位相變存儲器的量產(chǎn)應(yīng)該會是2016年的事了,。到底未來會不會是相變存儲器的天下，讓我們再等幾年,。