Non-volatile Memory, PCRAM(PCM)에 대한 요약

PCRAM(PCM, Phase-Change Random Access Memory)

  PCRAM은 기존 메모리에 비해 더 높은 밀도를 제공하는 컴퓨터 아키텍처의 Main Memory에 대한 대안으로 간주된다.

 

  PCRAM Cell은 Resistor(저항기)에 의해 분리된 두개의 전극과 위상 변화(Phase-change)물질로 구성되어 있다.  Ge2Sb2Te5복합체(Germanium-Antimony-Tellurium)은 가장 일반적으로 사용되는 화합물이지만, Sb2Te5 복합체에서 티타늄, 알루미늄, 갈륨을 사용할 수 있는 다양한 도핑 요소를 연구하는 21개의 관련 연구가 있다.

 

  위상 변화 layer는 PCRAM의 정보 저장을 담당하며, 비정형(Amorphous)과 결정형(Crystalline)의 두가지 다른 상태에 있을 수 있다. 이 두 개의 서로 다른 상태를 사용하면 각 상태가 구별되는 다른 저항값을 가지기 때문에 Bit의 두개 논리값을 나타낼 수 있다. 비정형 상태는 높은 저항값을 가지며 논리 0을 나타낸다, 결정형 상태는 낮은 저항값을 가지며 논리 1을 나타낸다. 아래 그림은 PCRAM Cell을 나타낸다.

 

  위상변화 물질 층이 두 전극 사이에 배치된다. 하부 전극에는 내열성 요소(Resistor)가 있어 Chalcogenide layer와 접촉한다. 

  Resistor와 Chalcogenide의 접합부에 전류를 가하는 작용은 Memory cell에 대한 작동이 수행됨을 나타낸다. 전류의 세기와 시간은 모두 어떤 Memory Operation을 정의한다. 

  위 그림은 Read/Write(SET, RESET)작업을 수행하는데 필요한 시간과 전류 강도를 요약한 그림이다.

 

  Read : 적은 강도와 적은 시간의 전류를 가하여 위상 변화 물질이 변하지 않도록 한다. 그런 다른 해당 저항이 측정되며, 이는 현대 Cell state에 따라 다르다.

  Write(RESET) : 이 경우 짧은 시간이지만 강한 전류를 가해야한다. 전류의 갑작스러운 중단으로 인해 위상 변화 재료의 저항은 증가하고 열 발생을 신속하게 중지함으로 물질은 비정형 상태로 고정된다.

  Write(SET) : 이 경우 긴 시간이고 강도가 적절한 전류가 인가된다. 전류를 줄임으로 재료의 저항도 줄어든다. 위상 변화 물질도 천천히 냉각되어 결정 상태로 고정된다.

 

  PCRAM에서 찾아 볼 수있는 이점은 NVM이 제공하는 확장성과 낮은 에너지 소비량이다. PCRAM은 또한 NVM기술에서 발견되는 주요 문제의 영향을 받기 때문에 Memory Cell에서 Write 작업을 하는 것은 Energy consumption과 Latency모두 Cost가 높다. Figure 4에서 볼수 있듯이, Memory Operation 에 소요되는 최대 시간은 설정된 Operation에 의해 정의되며, 에너지 소비의 peak는 RESET 작업이 수행될 때 발생한다. PCRAM의 지속적인 Write Operation은 기존 기술과 비교할 때 위상 변화 재료를 더 빠르게 악화(수명 악화)시키는 경향이 있다. 즉, PCRAM의 Write 내구성은 DRAM 및 SRAM보다 훨씬 낮다.