长久以来，人们一直都在寻找磁存储的替代品。闪存的横空出世在某种程度上解决了磁存储不够灵活的问题，但是随之而来的问题是，闪存（Flash Memory）的读写性能却无法与磁盘相比，于是人们在闪存的基础上提出了“快速闪存”的概念——读写速度比当前闪存快10倍的一种存储技术
闪存的代替者即将登场
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长久以来，人们一直都在寻找磁存储的替代品。闪存的横空出世在某种程度上解决了磁存储不够灵活的问题，但是随之而来的问题是，闪存（Flash Memory）的读写性能却无法与磁盘相比，于是人们在闪存的基础上提出了“快速闪存”的概念——读写速度比当前闪存快10倍的一种存储技术。 平台，这对于老显卡用户只能望梅止渴。
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比闪存快10倍的PCM |
| 什么是“快速闪存” |
| “快速闪存”技术本来的名字叫PCM（Phase Change Memory，相变存储）技术，它是目前最有希望替代闪存（Flash Memory）的一种存储技术。它是Intel定义的下一代高速存储技术，与现在的闪存技术相比，PCM有着速度快的优点。比如拷贝一部4.3GB的720p的高清电影，如果用现在的闪存的话，理论上20MB/s的速度进行写入，需要4分钟左右。如果换成了采用PCM技术的“快速闪存”，将只要22秒就能完成。当然，前提是需要有更快的接口支持，如USB 3.0接口。 |
说到“快速闪存”，它的“始祖”早在1950年就已经出现。当时一些科学家发现一个很有意思的现象，某些金属在温度达到一定的情况下，内部的结构就会发生改变。在加热到特定的温度之后还会继续保留金属的特性，但是内部的晶体结构（也就是晶格）会发生一定的改变。一些异想天开的人认为，这或许是一件好事，这样可以打造记忆金属（当然现在看来记忆金属的原理并非如此）。时间进入1960年前后，一些金属行业的记者开始报道这些金属的特性，材料专家证明了这种操作是可逆的。值得一提的是当时最著名的学者是斯坦福奥弗辛斯基，他发现一些硫化物都具有这项“本领”。随后的十年里，人们开始关注这种技术，由于这些材料具有非易失性的特点，所以一些计算机行业的专家认为这些材料可以使用在计算机领域，用来做非易失性记录。
到了1970年的9月，开始研究这种技术最著名的人士就是Intel创始人之一的戈登●摩尔，它在《电子学出版物》杂志上开始以连载的形式介绍这项技术，随后这项技术也开始逐渐受到了更多特殊行业的重视——因为这种技术使用的材料更便宜，而且性能更好，所以更多企业也希望这项技术能摆脱理论层次，开始走向实际商品化。
PCM的存储原理
相变存储技术的原理很简单，就是利用改变金属记忆体的内部晶格形态来记录数据。当然，想要使用相变存储技术可没有上面说着这么简单。如果只是上嘴皮碰下嘴皮就能实现一种跨世纪的存储技术，那么生活就是在太完美了。想要实现相变存储技术，首先必须要找到一种可以稳定而且没有公害的存储介质，在高温下存储介质的晶格会发生变化，而在低温的情况下，记录体的晶格会重新固定，但这种改变仅限于内部晶格改变，而不是存储介质本身的物理形态发生改变。
对存储介质的要求并不只有这些，存储介质的晶格结构必须相对稳定，在常温下和外力作用下不会发生太大的变化才行。在稳定的状态下，存储介质的晶格状态与受热发生变化的临界点相差不大，以保证在比较低的功耗下就可以完成晶体状态的改变。想要让记忆体回到最早的记忆形态，必须保证外力加热达到的热量在记忆体晶格的变形温度和融化温度之间才行，否则容易造成数据丢失。
比较常见的相变记忆体材料是硫化物和一些带有辐射的金属材料，但由于环境因素的影响并不能使用在相变存储技术环境中。目前硫族金属化合物（Ge锗、Sb锑、Te碲）的相变化薄膜材料最为常见。最早开始使用相变记录设备的是我们比较熟悉的光存储，这些设备开始使用能产生固定温度的激光束，由于波长固定，所以只需要控制入射角度就可以保证光束的变化可以融化晶体硫化物的记忆晶格。
和光存储设备的写原理类似，可相变晶格在不同形态下有着不同的熔点和电阻，这些参数都是相对固定的，在正常的气压和环境下，相变存储的介质不会随着外部环境的改变而变化，这些是相变存储的关键要素。我们可以这样理解相变存储的形态，在高温度下的晶格形态可以理解为一个二进制的0，在低温下的晶格形态可以理解为1，这样就可以利用激光技术加热可相变金属来记录数据。从650MB的CD-R光盘到双面容量为5.2GB的DVD-RAM光盘都采用了PD（钯）金属作为记录原料，通过激光来更改晶体状硫化物和特殊金属的物理状态来记录数据信息。现在更多的行业开始采用相变半导体来记录数据，而且这个特殊的技术正在越来越好的发展。
虽然使用光存储记录技术虽然可实现的存储容量较大，但存在着使用不方便的情况。在闪存占据主流移动市场的今天，不要说是光存储，就是磁存储在移动性能面前也要靠边站。不过普通闪存的性能实在没办法与磁存储相比，而且因为技术的限制，闪存的容量难以得到进一步的提升，人们迫切的需要一种新的高速存储技术，这种技术必须是廉价、高性能而且移动性能比较强的记录技术。于是更多的人开始将目标转移到相变技术上。IBM、Intel、三星等国际大厂纷纷表示，相变存储技术将成为取代闪存技术的替代者。
PCM为什么这么快
闪存是目前最主流的移动存储设备，但闪存的工作原理以及性能让大多专业人士嗤之以鼻——闪存存储设备都是通过更改内部电荷数量来存储数据，利用“堆”的概念来更改门电路的结构，晶体管内部的电荷数量改变影响了“堆”的形状，从而改变了门电路的结构，导致数据被读取或者被记录。这就是闪存存储设备的弊端之一，任何读写操作都需要一定的时间来累积电荷数量形成“堆”的概念，当进行一次读取之后，“堆”的电荷量将接近清空，需要一段时间内才需要重新累积电荷满足读写的需求，一般来说闪存技术进行一次存取操作大约需要70ns。而相变存储技术与累计电荷形成“堆”的Flash相比，利用温度控制晶体结构发生改变的“快速闪存”，在形成系统可以识别的数据块的时间也不过是7ns而已（5ns的晶格转换时间加上2ns的形成块操作时间），时间仅为前者的1/10。
虽然存储和读写数据的方式不同，但“快速闪存”与闪存的工作原理比较相似。如果“快速闪存”内部需要形成晶体，加长电流通过的时间，使薄膜长时间处于高温的状态下，让原子有时间重新排列为晶体状态，若要成为非晶体状态，则是以短时间通电方式，使其产生瞬间高温急速冷却的效应，让原子来不及移动，而产生非晶体。由于只要局部改变薄膜结构，因此加热的面积小，数据写入的周期速度可达到更短的时间。在记忆晶格架构主要是由上下电极（top/bottom electrode）夹住相变化材料，其中下电极兼具导电与加热相变化材料之用。目前的研发重点，除了组件与工艺的整合上，在相变薄膜层的材料选择上，降低熔点、加强局部加热效果以及增进加热效率以外，结晶速度也是选择相变材料的考虑之一。
目前“快速闪存”使用的是锑和碲的作为存储介质来记录数据，也就是GST。如果设备的反应温度超过600℃ （可以通过电压来控制），这些合金内部晶格变材料就会变成液态，能够进行可编程式的排列组合，如果温度低于这个临界点，那么这些液态的相变金属就会变成固态，当然我们强调的是改变这些材料内部的晶格，并非真正意义上的让金属形态发生改变。虽然看起来这些东西很复杂，但实际上完整晶格的转换一般也只需要5ns左右即可。也就是说，真正记录数据只需要在一个反应时间之内就可以完成。现在的闪存设备，在一个反应时间顺序上需要两个时序，也就是上升时序和下降时需都可以进行存储，一个周期大约需要70ns左右，根本不能与响应时间为5ns的“快速闪存”相比，所以也有些人预言未来PCM甚至会将是DRAM的接班人。
| 你知道么？ |
| 读操作：在低电压下开始产生一个快速扫描的操作，如果晶格在非固定形态下将会通过一个微小的电流进行循环，这样就会对访问信号产生一个回馈，得知晶格所记录的信息，从而达到数据。 |
| 写操作：给出一个高电压信号，对金属内部晶格进行融化，并且进行编程式排列。 |
| 重建操作：这是在写操作之上的模式，这个模式给出的电压会更高，在这个模式下记录体上的数据将被清空，然后记录体内部的晶格会迅速的重建到无定型模式，等待下一次写操作。 |
一项技术能否变换成为市场上的主流产品，很大一个因素就是是否有厂商的支持，相变存储技术这几年的发展非常迅猛，三星、Intel等大厂都对它抱有很高的期望。最近，以制造闪存为主业的台湾旺宏公司宣布，将与IBM、奇梦达一起开发采用PCM技术的“快速闪存”。有了大厂的支持，PCM这项技术很快就能转换成实际的产品在市场上出售了。
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Intel工作人员在IDF上展示与义法半导体合作生产的PCM晶圆 |
不过“快速闪存”现在还面临着一些需要解决的问题。在一个开关时间内，的相应时间确实要明显超过普通闪存不少，但是如何控制温度是否能到达让晶格发生改变而能保证材料稳定的临界点是许多希望批量生产PCM的企业都需要面对的问题。目前，相变存储技术已经进入到可以模拟实际产品的阶段，这是因为根据仿真测试证明，相变金属对电流的要求因为使用尺寸的减少而降低，淬火的时间也随着尺寸的减小而降低。根据相关资料显示，相变技术可以让底层材料始终接触电极，这样就可以保证尺寸有所减小，而记忆体始终处于随时处于便于工作的状态。
在未来，采用PCM技术的“快速闪存”很可能会取代闪存颗粒成为我们的移动存储设备，而取代现在的硬盘也并非不可能，与SSD一较高也是相变存储技术的出路之一。不过相变存储技术与稳定的磁存储相比，相变存储在特定的环境下可能存在不稳定的情况，例如高温、高压以及高湿度，这些都是相变存储需要面对的问题，当然首先面对的问题还是存储设备如何能批量生产。或许在不久的将来，我们拷贝文件的时候仍然会掏出一个外表像闪存一样的小东西，插在USB 3.0的接口上，就可以快速拷贝大文件了。
电脑报的同行给我们展示了一个全新技术的概念产品，个人来说更看好SDD硬盘，不过变化如此之快的IT产业，有时候真的说不清楚。
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