Phase Change Memory- PCM

(Resenha Capítulo 6)

         No início da década passada poucas tecnologias tinha sido propostas para substituir as memórias não-voláteis (NVM) padrão e para ampliar a base de tecnologia Flash. À medida que o final daquela década se aproximava, pôde-se notar que apenas uma das tecnologias propostas estava demonstrando a capacidade de entrar no mercado NVM amplamente e ser a memória dominante para a próxima década: a tecnologia de memória de mudança de fase (Phase Change Memory (PCM)) criada pela IBM.

Esta memória é feito de uma liga de calcogeneto que é também encontrado em CDs e DVDs regraváveis. No nível de discos óptico, um feixe de laser com intensidade diferente é usado para aquecer um volume pequeno para mudar o material entre os estados cristalino e amorfo. O estado das células de memória é determinado pela refletividade da camada de memória.  Na PCM baseadas em silício, uma corrente elétrica de diferentes magnitudes é lançada por um elemento aquecedor até um material calcogeneto e um aquecimento Joule local é usado para alterar o volume programável em torno da região de contato.

O uso de correntes altas e rápido resfriamento “congela” o material em um estado amorfo com alta resistência. O tempo necessário para mudar para o estado amorfo é na maioria das vezes inferior a 100ns. Uma corrente com tempo de pulso médio é utilizado para recristalizar a região, levando a um estado de cristal com baixa resistência. Uma corrente pequena sem aquecimento Joule é usada para leitura da memória, diferenciando os estados de alta (amorfo) e baixa (cristalino) resistência.

PCM fornece um novo conjunto de características interessantes, combinando características de memórias não voláteis e DRAM (Tabela 1).

Tabela 1 - Comparação entre PCM, memórias não voláteis (EEPROM, NOR e NAND) e DRAM.

Do ponto de vista da aplicação, PCM pode ser explorada por todos os sistemas de memória. Suas características permitem faz com que possam ser usadas em uma base ampla de aplicações, proporcionando um valor agregado significativo. Em particular PCM pode ser usado:

1. em sistemas sem fio para o armazenamento de código executado diretamente, estruturas de dados semi-estática e arquivos. A forma como o PCM altera seus bits permite que seja tratada como uma memória direta de escrita, como uma DRAM. Isto reduz significativamente os requisitos da DRAM, reduzindo o custo do subsistema desta memória;
2. em aplicações embarcadas, similar aos sistemas sem fio, em particular, como substituto do Flash. 
3.  nos subsistemas de armazenamento de estado sólido para armazenar páginas acessadas freqüentemente e para armazenar os elementos que são mais facilmente gerenciados quando manipulados no local
4. em plataformas computacionais, explorando a sua não- volatilidade para reduzir o consumo de energia. Os blocos DRAMs consomem uma boa quantidade de energia para a realização dos sucessivos refreshes. Já os blocos PCM podem simplesmente serem “desligados”. Resultando numa redução do consumo de energia.

A memória PCM possui as capacidades básicas de trabalhar com altos ciclos, baixa voltagem, rápida leitura e escrita e consumo de energia moderado. Por isso empresas como a Samsung têm investido esforços na construção e aplicação destas memórias em dispositivos móveis. Ela começará com um chip de 512 MB. A expectativa é que a memória PCM possa vir a substituir a memória DRAM do computados assim como parte das memórias Flash.

Principais Referências:

• Atwood, Greg & Bez, Roberto. Current status of Chalcogenide phase change memory. Device Research Conference Digest. IEEE 2005.
• Bez, Roberto. Chalcogenide PCM: a Memory Technology for Next Decade. R&D Technology Development. Italia, Milão. IEEE 2009.