摘要: 前段時間首款Intel 3D XPoint Optane 系列SSD發布了，有很多人都在猜測3D XPoint的工作原理，以至于很多人用一系列的元素和術語去解釋，因此造成了一定的混亂，這篇文章是介紹XPoint 是如何進行工作的。文章轉自SSD PK社區。

 

      我已經看到有關3D XPoint技術討論的一些有缺陷的邏輯。有些是直接比較每個芯片與NAND閃存的成本(與3D NAND相比，3D XPoint可能比NAND需要更少的晶圓廠步驟)。其他人正在重復一系列術語和元素名稱，而不用花時間來實際解釋它的工作原理，而且太多的人甚至不能正確地發音。我的計劃是解決盡可能多的混亂，我希望用這篇文章，我希望你了解XPoint及其底層技術是如何工作的。雖然這里沒有提供絕對準確的的材料組成，但有大量證據說明了這種特定的技術。

 

 

      雖然我們最初在XPoint公告事件Q＆A上被告知該技術不是基于相位變化的，但絕對有相反的證據，英特爾很可能不想讓產品離開包裝太早。有趣的是，英特爾和美光都在五年前就基于PCM的內存發展做了簡報，幾乎所有關于這些簡報的內容完全符合我們今天在XPoint中的看法。

 

 

      上述數據來自2011年的一篇文章，可能有點過時，但他們做的很好，把一些實際數字與各種固態存儲器技術的芯片級比較性能。我們還可以看到與XPoint到NAND Flash的?1000x速度和?1000x耐久性比較。現在，這些性能特性當然不能直接轉化為包含這些裸片的完整SSD的性能?？刂破鏖_銷和管理必須采取各自的削減，正如我們看到的第一代XPoint SSD的性能所顯示的Intel：

 

 

      有一些非常有聲望的人在那里唱衰，沒有基本的理解，第一次公開可用的新技術的迭代永遠不會代表其最終的表現能力。NAND閃存幾十年將其變成可用的SSD，而在攀升到今天我們所享受的性能水平之前的十年之內。時間會說明XPoint是否適用，但是鑒于Micron的演示以及我們自己  觀察到的Intel P4800X和Optane Memory SSD的性能，我認為這是一個很好的開始。

 

 

PCM如何工作

 

      為了了解XPoint如何讀取和寫入位，我們先來看看相變材料是如何工作的，為了做到這一點，我們需要知道什么使得材料PCM能夠在第一位置。

 

 

      相變材料通常是準金屬的合金。類金屬是與金屬和非金屬共享特性的元素。它們在室溫下作為絕緣體，當加熱時(或摻雜時)作為導體。我們已經對幾種半不同混合物的合金進行了幾十年的試驗。硼主要用于摻雜，而onium是不穩定和放射性的，所以我們不會看到太多的東西。硅對于標準晶體管和其他半導體來說非常棒，但是作為相變材料不太適合，留下鍺(Ge)，砷(As)，銻(Sb)和碲(Te)。將這些合并在一起產生硫族化物，在本文的上下文中，其是含有碲陰離子的化合物(Te是屬于周期表中硫屬元素基團的唯一穩定的準金屬)。一旦混合了適當的比例，這些材料提供了一些相當獨特的性質。

 

 

      具體來說，準金屬合金具有多個穩定狀態，每個狀態都具有自己獨特的電阻特性。這些可以通過以各種方式加熱和冷卻材料來操縱。非晶狀態類似于玻璃，而結晶狀態更像金屬。

 

讀寫相變記憶

 

 

      好的，我們來解釋一下這里發生了什么。電壓施加在一段硫族化物材料上。如果該材料處于非晶態(混合)狀態，則直到超過閾值電壓(V th)才開始導通。一旦進行，隨著電壓進一步升高，電流也會進一步升高。由于材料現在起著阻力的作用，它會散熱并因此增加溫度。如果保持在“設定”(1)電壓，材料達到?350℃，其不夠熱，不能熔化，但如果溫度保持在?100℃，則*足夠溫暖使其分子重新結晶成晶體結構納秒。一旦形成，晶體結構的行為就像電阻器，即使在電壓被去除并且材料冷卻之后仍然保持。一旦處于設定狀態，施加0.5V將導致?0。5mA(使用上述示例)。電壓不再需要達到閾值以使材料進行導通，其響應遵循標記為“晶體”的曲線。

 

      為了復位電池，我們施加了更高的電壓，推動電流和溫度足夠高(?600℃)，將材料加熱到熔融狀態。這會使晶體結構熔化。然后去除電壓并且材料快速冷卻，通過結晶溫度區域太快以形成任何晶體結構，以非晶態“凍結”?，F在是“復位”(0)，并且使用相同的0.5V將導致接近零電流。我應該指出，我們不需要幾乎這么高的電壓來執行讀取，因為即使0.1V會在我們的示例中使用的兩個狀態之間產生可讀的電流差異。

 

      關于上述的一個有趣的事情是，在編程單元格之前不需要“擦除”，就像NAND閃存一樣。對于PCM單元，我們可以通過簡單地應用相關的電壓/時間曲線來執行設置或復位操作，而不考慮先前設置的狀態。與必須以頁(KB)寫入并在甚至更大的塊(MB)中擦除的NAND不同，PCM數據可以被“覆蓋”地覆蓋，并且可以在不干擾相鄰單元的情況下單次重寫。

 

調整公式

 

      英特爾和美光將讓你相信，構成XPoint的東西是一個古老的秘密。常用的相變合金是鍺，銻和碲的2：2：5化學計量比。Ge 2 Sb 2 Te 5簡稱“GST”。與大多數合金一樣，配方可能有許多輕微的變化，這就是制造商特定的秘密發揮作用的地方。也就是說，我們確實有一些關于2010 Micron演示文稿可能會被調整的線索：

 

      那些開發PCM技術的人會自然地微調混合物，嘗試改善性能。上面我們看到一個Micron的摘要摘要，顯示銻濃度稍微增加(Sb)有助于降低復位電阻(降低所需電壓)，并減少設定操作所需的時間。還有與細胞選擇相關的外部因素，可能需要進一步調整比例，我們將在短時間內介紹。

 

 

      你可能認為相變合金是如此異乎尋常，雖然你從來沒有去觀察過，但他就是這樣展現在你的面前?？芍貙懝獗P(CD-RW / DVD-RW)是XPoint中找到的材料的非常親密的表兄弟。光盤使用銀和銦替代GST中發現的鍺，這自然改變了合金的性能。'空白'介質是結晶的，并且通過脈沖寫入激光器通過加熱點寫入凹坑。然后這些斑點迅速冷卻，沒有機會重結晶，形成較暗的區域，隨后可以將其視為反射率的差異。通過應用開始重結晶過程的較低功率激光器(這些合金可以在激光通過該區域后繼續結晶)，擦除光盤。其他準金屬合金變體用于各種光學媒體技術，旨在提高擦除次數和其他性能特點。DVD-RAM實際上使用GST化合物，但依賴于其與電導率相反的光學性質。

 

      注: 本文由SSD PK社區提供，如有錯誤和不足之處歡迎在留言中批評指正，如果您喜歡本文，也可以分享給你的朋友。轉載本文請務必保留原文出處，更多熱門請關注SSD PK 社區網，www.pkssd.com是有關SSD最專業的社區網，提供全球有關SSD的最新熱門資訊、各大廠商產品熱門評測，最新前沿技術動態、有關企業級SSD選型以及最佳實踐。

 

 

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