对于存储器,大家都有所了解,比如我们每天使用的手机内就具备存储器。为增进大家对存储器的认识,本文将对只读存储器的种类予以介绍,并对相变存储器、存储器生命周期、技术进行对比。

 


一、只读存储器种类

(一)ROM

只读内存(Read-Only Memory)是一种只能读取资料的内存。在制造过程中,将资料以一特制光罩(mask)烧录于线路中,其资料内容在写入后就不能更改,所以有时又称为“光罩式只读内存”(mask ROM)。此内存的制造成本较低,常用于电脑中的开机启动。

 

(二)可编程只读存储器

可编程只读存储器(英文:Programmable ROM,简称:PROM)一般可编程一次。PROM 存储器出厂时各个存储单元皆为 1,或皆为 0。用户使用时,再使用编程的方法使 PROM 存储所需要的数据。

 

PROM 需要用电和光照的方法来编写与存放的程序和信息。但仅仅只能编写一次,第一次写入的信息就被永久性地保存起来。例如,双极性 PROM 有两种结构:一种是熔丝烧断型,一种是 PN 结击穿型。它们只能进行一次性改写,一旦编程完毕,其内容便是永久性的。由于可靠性差,又是一次性编程,目前较少使用。

 

(三)可编程可擦除只读存储器

可编程可擦除只读存储器(英文:Erasable Programmable Read Only Memory,简称:EPROM)可多次编程。这是一种便于用户根据需要来写入,并能把已写入的内容擦去后再改写,即是一种多次改写的 ROM。由于能够改写,因此能对写入的信息进行校正,在修改错误后再重新写入。

 

擦除远存储内容的方法可以采用以下方法:电的方法(称电可改写 ROM)或用紫外线照射的方法(称光可改写 ROM)。光可改写 ROM 可利用高电压将资料编程写入,抹除时将线路曝光于紫外线下,则资料可被清空,并且可重复使用。通常在封装外壳上会预留一个石英透明窗以方便曝光。

 

(四)一次编程只读内存

一次编程只读内存(One Time Programmable Read Only Memory,OPTROM)之写入原理同 EPROM,但是为了节省成本,编程写入之后就不再抹除,因此不设置透明窗。

 

(五)电子可擦除可编程只读存储器

电子可擦除可编程只读存储器(英文:Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,简称:EPROM)之运作原理类似 EPROM,但是抹除的方式是使用高电场来完成,因此不需要透明窗。

 

(六)闪速存储器

闪速存储器(英文:Flash memory)是英特尔公司 90 年代中期发明的一种高密度、非易失性的读 / 写半导体存储器它既有 EEPROM 的特点,又有 RAM 的特点,因而是一种全新的存储结构。

 


二、相变存储器、存储器技术生命周期以与技术比较

如果植基于 NAND 快闪存储器技术的固态硬碟目前在很多应用领域中尚处于早期的推广阶段,那么 相变存储器则处于此存储器技术推广应用曲线的更早阶段。当*价一项技术时,工程师十分看重成本和价格。但当工程师思考一项新技术如何能提升正在开发的系统的效能时,会首先关注的是可靠度和效能,然后才会考虑成本的问题。故比较相变存储器与 DRAM 和 NAND 快闪存储器时,应该特别注意读写延时决定存储器效能,耐读写能力是衡量存储器可靠度的指标。

 

写入延时和耐写能力 - 相变存储器次于 DRAM,但是明显快于 NAND;读取延时和耐读能力–相变存储器接近 DRAM 的速度,明显优于 NAND;成本–就 SLC 相变存储器、DRAM 和 SLC NAND 快闪存储器裸片(300mm 晶圆)的理论成本比较报告,NAND 最便宜。相变存储器成本大约是 NAND 的 1.2 倍,DRAM 成本大约是 NAND 的 1.4 倍。由此可见相变存储器明显优于 DRAM,然而不能像 NAND 一样便宜,不过在这些技术中,很多技术的制程屏蔽总数量正趋于相同。

 

与 SLC NAND 相比,DRAM 成本大约高 40%,而相变存储器成本大约高 20%。决定是否应用一项新的储存技术时,一般会应用以下经验法则:替代技术的成本应为现有技术的 1/8 到 1/10。因此单从成本角度考量,相变存储器作为 NAND 快闪存储器替代技术的理由仍并不充分。

 

但可靠度为相变存储器 胜出关键,许多 NAND 快闪存储器技术的可携式产品,如 MP3 播放器和随身碟。在正常使用的状况,这些设备需要写存储器 10 到 100 次,但尚未达到千次以上。透过最先进的微影技术,这些装置应用中的 NAND 快闪存储器技术可把成本降至极低的水平。而无线通讯、运算装置和固态硬碟等高端应用也使用 NAND 快闪存储器,但是这些应用具备各别不同的使用条件和要求。某项技术可能是 MP3 播放器的理想选择,但在企业级服务器上的应用却可能受限。

 

对于任何一种非挥发性浮动闸极存储器(non-volitile floating gate memory device),读写存储器次数越多,失效次数也随之增加,资料储存期限也会缩短。相变存储器有趣的特性之一即是保存期限与耐读写次数无关,意即不管读取相变存储器存储器一百万次还是 1 次,都不会改变资料储存的期限。这项特性深刻地影响此技术的使用与管理。资料储存期限在许多严苛的应用中都极为重要,而恒忆已证实相变存储器的资料储存期限可长达 10 年。

 

另一方面,由于失效一般发生在写入的操作过程中,因此当相变存储器写入资料时,如果写入验证机制显示该单元无数据,该资料则会立即被重写到另一个储存单元。这也是运用相变存储器简化系统级设计的优化功能。故相变存储器是适于无线应用的低功耗存储器,目前新一代智能手机用户,对于手机有三个基本要求:快速开机(instent on)、使用简便且电池使用时间长,以及优异的多媒体、游戏和上网功能。

 

相变存储器具备优异的读取延时特性,意即其代码执行能力符合新一代无线用户的需求。相变存储器能储存大量的资料和代码,并具有承受百万次的读写能力。凭借相变存储器非挥发性存储器技术的特性,除能简化无线设备的电源管理设计,同时还有助于彻底解决效能与电池使用时间难以平衡的困扰。以整合了 LPDDR2 存储器控制器的微处理器平台为例,系统设计人员利用相变存储器的低功耗特性而能仅使用一个非挥发性存储器,进而简化了手机架构。