Verdict結論
PCM與ReRAM最大的差異在於「產生電阻狀態的物理機制」。PCM以焦耳熱加熱・急冷硫屬化物材料(GST),切換結晶相(低電阻)與非晶相(高電阻),因此寫入功耗偏大,但容易形成中間電阻,適合多階儲存(MLC)。ReRAM則是以施加電壓在氧化膜中形成・斷開導電細絲的方式,可低電壓・低功耗寫入,但多階化有變異管理的課題。
主要差異
| 比較項目 | PCM(相變化記憶體) | ReRAM(電阻式記憶體) |
|---|---|---|
| 記憶原理 | GST材料的結晶相(低電阻)/非晶相(高電阻) | 氧化膜中導電細絲的形成/消除 |
| 寫入機制 | 以焦耳熱加熱・急冷產生相變化 | 施加電壓使細絲形成/斷開 |
| 功耗 | 相變化伴隨發熱,寫入功耗偏大 | 可低電壓・低功耗寫入 |
| 多階儲存 | 容易形成中間電阻,適合MLC | 可多階化,但變異管理是課題 |
| 代表性應用案例 | 3D XPoint(Intel Optane) | 嵌入式eNVM(由晶圓代工廠提供) |
| 主要課題 | 寫入功耗・電阻漂移 | 細絲變異・資料保存特性 |
PCM的原理與應用案例
PCM利用電流流經硫屬化物(Ge-Sb-Te:GST)時產生的焦耳熱,急冷則成為非晶(高電阻),緩冷則成為結晶(低電阻),藉此切換狀態。由於能形成中間狀態,適合多階化,並以英特爾與美光的3D XPoint(Optane)形式,實用化為填補DRAM與NAND之間空缺的儲存級記憶體。
ReRAM的原理與用途
ReRAM在MIM結構的氧化膜中形成・斷開導電細絲以改變電阻。結構簡單,可低電壓・低功耗寫入,適合微縮與堆疊。細絲形成的變異控制是課題,但作為微控制器內嵌的嵌入式非揮發性記憶體(eNVM),實用化正持續推進。
兩者的選用
在瞄準多階・大容量儲存級記憶體的方向上PCM較為領先,而在低功耗・結構簡單的嵌入式用途上ReRAM較具優勢。兩者與MRAM並列為新世代NVM,依功耗、資料保存特性與成本需求分別選用。
常見問題
3D XPoint(Optane)是PCM嗎?
3D XPoint(Intel Optane)以相變化記憶體(PCM)系技術為基礎,結合交叉點陣列與選擇器元件,作為儲存級記憶體產品化。
PCM與ReRAM哪一個較省電?
就寫入時的功耗而言ReRAM較有利。PCM為了相變化必須產生焦耳熱,寫入功耗有偏大的傾向。
哪一個較適合大容量化?
PCM容易實現多階儲存(MLC),可結合交叉點堆疊瞄準大容量儲存級記憶體。ReRAM也能進行交叉點堆疊,但電阻變異的管理是大容量化的關鍵。