四、新一代内存技术：相变内存 Vs 磁内存
1．相变内存
当前使用的大多数闪存都有一个存放电荷的部分——“浮栅”，其设计特点是不会泄漏。因此，闪存可保持其存储的数据并且只在读、写或擦掉信息时需要供电。这种“非易失性”特征使得闪存被广泛用于以电池供电的便携式电子设备中。非易失性数据保留也是一般计算机应用的一大优势，但是在闪存上写入数据要比在DRAM或SRAM上写入数据慢上千倍。而且，闪存存储单元在被写过大约10万次以后就会降质并且变得不再可靠。这对于许多消费应用来说并不是问题，但对那些必须频繁重写的应用，如计算机主存储器或网络的缓冲存储器或存储系统来说，这将会带来问题。
由IBM、旺宏和奇梦达共同取得的PCM相变存储器成果极其重要，因为它不仅推出了一种新型非易失性相变材料（转换速度比闪存快500倍，功耗不到闪存的一半），最重要的是，当其尺寸缩小为至少22纳米时，依然可实现这些性能，远远领先浮栅闪存。该相变存储器的核心是一小片半导体合金膜，它可以在有序的、具有更低电阻的结晶相位与无序的、具有更高电阻的非结晶相位之间快速转换。因为无需电能来保持这种材料的任意一种相位，所以，相变存储器是非易失性的。
PCM内存的存储结构
同普通的Flash芯片相比，PCM内存的数据写入时间仅为1/500s，写入时的耗电量也不足Flash芯片的1/2。并且IBM称，目前的PCM内存的设计可以在22nm工艺的时候依旧不需要进行很大的修改，其更适应先进制程来制造。IBM同时宣称，从存储密度来说，PCM也更有优势，即使其存储单元面积降低到60平方纳米，其依旧可以完成存储工作。
当然，IBM的PCM内存对于制作工艺的要求实在太高，至少在几年内绝对不可能量产。但是，Intel和意法半导体已联手研究PCM相变内存。此前这两大芯片厂商一直在研究基于硫族化物的相变内存，作为非易失性内存，这种内存技术只需要65nm工艺就足以支撑，也可能取代现有的DRAM。此外，韩国三星电子开发出了采用90nm工艺制造的512Mbit PCM（相变内存），只不过其速度还是无法达到PC内存的需要，但是相信未来依然有着充裕的时间留给三星来改进。
2．磁内存
磁内存（Magnetic RAM）是一种非易失性的磁性随机存储器，所谓“非易失性”是指关掉电源后，仍可以保持记忆完整，功能与目前极为流行的闪存芯片类似；而“随机存取”是指CPU读取资料时，不一定要从头开始，随时可用相同的速率，从内存的任何部位读写信息。MRAM运作的基本原理与硬盘驱动器类似，就如同在硬盘上存储数据一样，数据以磁性的方向为依据，存储为0或1。它存储的数据具有永久性，直到被外界的磁场影响之后，才会改变这个磁性数据。因为运用磁性存储数据，所以MRAM在容量成本方面大幅度降低。
但是MRAM的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的磁密度要大得多，也相当薄，因此产生的自感和阻尼要少得多，这也是MRAM速度明显快于硬盘的重要原因。当进行读写操作时，MRAM中的磁极方向控制单元会使用相反的磁力方向，以使数据流水线能同时进行读写操作而不延误时间。但是，MRAM的这种设计方案也不是没有坏处，当磁密度小到一定程度时会产生一定的信号干扰，对于MRAM的稳定性有所影响。不过好在目前65纳米制作工艺相当先进，已经完全能够解决这一问题。
事实上，MRAM的内存芯片很早就已经推出，但是一直无法解决容量提升的难题。在高密度MRAM模块中会遇到磁介质的不规则漩涡，这种漩涡引起了磁极的老化，甚至导致读写错误。这也就是说，MRAM的寿命和稳定性会随着MRAM容量的增加而面临严峻的考验。为此，VERTICAL RING GMR CELLS技术（垂直环绕巨磁阻单元）临危授命，它的模式图如下。很明显，VRGC让磁层有了软硬之分。大家可不要小看这一简单的变化，因为这样一来，垂直排列的巨磁阻会将不规则漩涡基本消除，很有效地解决了MRAM的老化问题。此外，为了加强MRAM的稳定性，避免读写错误，VRGC技术在每一基本单元额外加入了一对平行字符线，这有点类似目前普遍应用于服务器内存的校验功能。
MRAM的软硬磁层
写在最后：呼唤内存技术变革
现在DDR2内存如火如荼，但是真正带来的性能提升却并不大。DDR3内存几乎是肯定有望普及的新技术，而XDR内存也有着很强的竞争力，甚至有望得到AMD的垂青。但是如果想要彻底获得非易失性的高速内存，那么相变内存和磁内存才是真正的发展之路。
