Память с фазовым переходом (Phase Change Memory, PCM) является преемником нынешней технологии NAND в SSD и привносит ряд преимуществ по сравнению с обычными ячейками флэш-памяти. HGST, ныне подразделение Western Digital, представила SSD PCI Express в статусе прототипа, который работает с памятью PCM в чипах по 1 Гбит.
Чипы PCM ёмкостью 1 Гбит производятся по 45-нм техпроцессу, они установлены на плату PCI Express, которая подключается через четыре линии слота PCI Express x4. Существенным преимуществом PCM по сравнению с NAND можно назвать низкое время доступа. Оно составит около 1,5 микросекунд, что потребует совершенно нового интерфейса между контроллером и чипами памяти. Новый интерфейс был разработан совместно с Калифорнийским университетом в Сан-Диего. Новый протокол интерфейса был представлен широкой публике в начале 2014 года на конференции Usenix File and Storage Technologies (FAST). Из-за низкого времени доступа технология обещает дать скорость выполнения операций ввода/вывода (случайное чтение блоков по 512 байт) до 3 млн. IOPS.
Протестировать новые SSD пока не получится, но примерно оценить IOPS можно. Серверные SSD с интерфейсом PCI Express обеспечивают до 500.000 IOPS. В потребительском сегменте распространены накопители со скоростью 100.000/ 70.000 IOPS (чтение/запись случайных блоков по 4К). HGST упоминает 3 млн. IOPS, но данное значение можно считать грубой оценкой производительности.
Пройдёт ещё некоторое время, чем на рынке появятся первые продукты на основе памяти PCM. На данный момент многие производители тестируют связанные технологии, которые включают не только саму память, но и инфраструктуру в виде контроллеров и протоколов.
Технические принципы работы памяти с фазовым переходом (Phase Change Memory, PCM)
Хранение данных осуществляется с помощью вещества, который принимает кристаллическую или аморфную форму. Эти состояния соответствуют "низкому" и "высокому" уровням обычных ячеек флэш-памяти. При прохождении электрического тока силой в несколько сотен микроампер на протяжении периода около 50 нс материал-халькогенид превращается в аморфное состояние. Если его быстро охладить, то он останется в таком состоянии и не будет кристаллизоваться. Данное состояние характеризуется высоким электрическим сопротивлением при считывании ячейки. Но при определенном уровне напряжения вещество может вновь стать высоко проводящим. Данное свойство называют "Dynamic on State".
Чтобы халькогенид вновь превратился в кристаллическое состояние, необходимо приложить небольшой ток (от 20 до нескольких сотен микроампер) на протяжении длительного периода (100 нс). Материал при этом нагреется выше температуры кристаллизации, произойдет формирование кристаллической решетки. Затем вновь можно использовать небольшой ток для считывания сопротивления ячейки. Так что для считывания может применяться совсем небольшой ток. Эта особенность приводит к низкому энергопотреблению, что вместе с малым временем доступа является крупным преимуществом PCM по сравнению с традиционной флэш-памятью.