相变存储器凸显高效率低成本

美光(Micron)亚洲区嵌入式业务市场部刘群

●PCM具有操作速度快、效率高的优点。
●PCM使用一颗PCM芯片就可以满足目前存储方案的要求。

在智能电表应用中，随着用户信息存储量的增加，需要低成本、高可靠性的系统进行数据的存储。相变存储器(PCM)利用六族元素的合金在晶态和非晶态之间进行转换来存储信息。
首先，PCM具有位修改性。例如要更改客户端的地址数据，如果使用Flash的话，必须先把Flash的内容备份到XRAM里面，之后在XRAM里修改，并删除Flash里面原有的数据，最后再把XRAM里的数据传输到Flash；而PCM由于具有位修改性，可以直接进行修改，因此具有操作速度快、效率高的优点。
其次，PCM具有很高的写入次数。高端电表经常要实时写入数据，它对写入次数要求非常高。PCM单个存储单元写入次数可达1012。由于我们有更大的存储单元，带来制造环节的缺陷不可避免，也有不同工艺、不同批次的产品造成的一些变量干扰，因此实际的产品写入次数目前可以做到106～108，这基本上可以满足高端电表的要求。相比之下，Flash大概在写入10万次的时候电压就有了比较明显的变化。因此，PCM写入次数远远大于Flash。
此外，PCM的成本下降空间还很大。目前，Flash器件面临一个问题，50纳米以下的工艺要考虑器件可靠性与成本下降之间的平衡，因为在50纳米以下，可用的存储电子减少会带来存储失效。而PCM的工艺继续升级可达5纳米，因此，从工艺范围上看，PCM比业界其他的存储技术有更广阔的成本下降空间。
在高端的电表存储方案中，除了MCU外，还需要一个大电容或者一个电池，以保证系统发生掉电的时候可以记录事件。根据基于传统存储器件的设计，电表需要在100～200毫秒的时间内写入数据；由于PCM的操作速度比较快，客户在使用过程中不需要那么大的电容以应付较长的断电时间，因此也可以节省成本。
传统的智能电表设计采用三类独立的存储器件，即MCU通过SPI或者并行接口使用NVRAM来记录实时信息，用EEPROM和Flash记录历史数据。PCM可以整合目前的存储架构，即只使用一颗PCM芯片就可以满足目前存储方案的要求，这使得PCM在供应链和生产管理上都具有优势。此外，三类不同的存储器具有不同的特性，包括接口的速度、操作模式、软件都会增加设计的复杂程度，而使用PCM就可以降低方案的复杂度。