Multibit-PCM-Speicher: Zwischen DRAM und Flash

8. August 2016, 12:56 Uhr
Der PCM-Demo-Chip mit 2 x 2 Megazellen benötigt eine Fläche von nur 1 x 0,8 mm. Bild: IBM Research.
Der PCM-Demo-Chip mit 2 x 2 Megazellen benötigt eine Fläche von nur 1 x 0,8 mm. Bild: IBM Research.
Phase-Change Speicher sind nicht neu, doch die Speicherung von 3 bit pro Zelle ist trotzdem ein bemerkenswerter Fortschritt von IBM, da dies die Packungsdichte deutlich erhöht. PCM-Speicher sind was Lesen und Schreiben betrifft fast so schnell wie DRAM, doch die Daten sind wie bei Flash nicht flüchtig und können zudem viel häufiger überschrieben werden.

Phasenänderung bezieht sich auf die unterschiedlichen Eigenschaften, die Materialien zwischen amorphem und kristallinem Zustand haben. Die unterschiedliche Reflektion von Licht wird z. B. bei wiederbeschreibbaren optischen Speichermedien ausgenutzt. Doch diese zwei Zustände können auch einen unterschiedlichen Widerstand aufweisen. Dies wird bei PCM-Speichern ausgenutzt. Während der thermische Prozess bei optischen Speichermedien viel Zeit braucht und diese daher relativ langsam macht, ist die Zustandsänderung durch elektrische Ströme in PCM-Speichern sehr schnell und kommt durchaus in Reichweite konventioneller DRAMs.
 

IBM gelang die Herstellung eines Demonstrations-Chips mit 2 x 2 Megazellen, bei dem allerdings jede Zelle nicht nur ein Bit, sondern ähnlich wie bei modernem Flash-Speicher gleich 3 bit speichern kann. Erreicht wurde dies vor allem dadurch, dass die natürliche Drift der Widerstände des verwendeten Chalkogenids gemessen und so die Schwellen bei den Detektoren angepasst werden können, welche die Leitfähigkeit einer Zelle erfassen. Auf diese Weise können die einmal eingeschriebenen Zustände nicht nur sicher bei größeren Temperaturänderungen, sondern auch auf lange Zeit gelesen werden. Gegenüber den typischen 3.000 Schreibzyklen von Flash lassen sich so einige Millionen Zyklen erreichen.
 
Mit dieser Technik sind interessante Auswirkungen möglich. Liegt z. B. das komplette OS eines Rechners oder Mobilgeräts auf PCM-Speicher, dann ist der Wechsel zwischen ausgeschaltetem Gerät und dessen Betrieb in Bruchteilen einer Sekunde möglich. Selbst das Booten (Neustart) dürfte gegenüber heutiger Praxis unglaublich schnell ablaufen.
 
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