未來，這項技術(shù)的應(yīng)用將會大大降低計算機存儲器的成本和功耗。

RAM，又稱為隨機存儲器，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，也叫主存（內(nèi)存）。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。但是RAM在斷電后保存的數(shù)據(jù)會自動消失，因此RAM在應(yīng)用上受到限制。

近幾十年，伴隨著計算機技術(shù)和制造工藝越來越好，計算機性能在提高的同時，其體型也在不斷減小，但是內(nèi)存技術(shù)的進步卻在放緩。自20世紀60年代開始，科學家就斷定，相變隨機存儲器（PCRAM）將會是替代RAM的優(yōu)選。

這里，值得一提的是，如果要用PCRAM作為計算機的主存，它的材料特性就要能夠穩(wěn)定的記錄0和1。PCRAM通過狀態(tài)的切換來做到這一點，當它用高電導(dǎo)晶態(tài)記錄0時，它就會用低電導(dǎo)玻璃態(tài)去記錄1，整個記錄過程它通過發(fā)送大電流來改變狀態(tài)，以此實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的寫入或改寫。

但是，問題在于，一直以來最常用的相變材料，鍺、銻和碲的合金（稱為GST）的特性并不是穩(wěn)定的，有時從非晶轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，它需要花費10納秒。這一速度使得其性能只能相當于今天的DRAM，而沒有辦法達到電腦主存的要求。

近日，中科院上海微系統(tǒng)所宋志棠科研團隊在新型相變存儲材料方面取得了重大突破，創(chuàng)新提出一種高速相變材料的設(shè)計思路，研制出了全新的PCRAM。

據(jù)了解，研究團隊根據(jù)第一性理論計算與模擬分子動力學，從眾多過渡族元素中，優(yōu)選出鈧（Sc）作為摻雜元素，從而設(shè)計了Sc-Sb-Te材料。因材料本身具備低功耗、長壽命、高穩(wěn)定性的特點，且Sc與Te形成的穩(wěn)定八面體可以實現(xiàn)高速、低功耗存儲，故而研究人員成功通過減小非晶相變薄膜內(nèi)成核的隨機性來實現(xiàn)相變材料的高速晶化。

隨后他們利用0.13um CMOS工藝制備的Sc-Sb-Te基相變存儲器件，據(jù)實驗數(shù)據(jù)表明，該器件可以實現(xiàn)700皮秒的高速可逆寫擦操作，其循環(huán)壽命大于107次。相比傳統(tǒng)Ge-Sb-Te器件，其操作功耗降低了90%，且具有十年的數(shù)據(jù)保持力。

這一重大發(fā)現(xiàn)，將會對存儲器的跨越式發(fā)展起到巨大推動作用。對此，北大PCRAM專家Hongsik Jeong表示：“速度是存儲器的核心價值所在，但是PCRAM沒有受限于速度這一標準，它已經(jīng)開始有廣泛的數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用了，所以現(xiàn)在對其存儲速度的提升，必將會使PCRAM的發(fā)展迅速提升。”

不過，關(guān)于應(yīng)用前景，Jeong還指出，想要更快的發(fā)展和推廣PCRAM，必須解決PCRAM的擴展問題。此外，它還需要具備承受標準芯片制造條件下的高溫，且能夠重寫幾萬億次的數(shù)據(jù)來匹配DRAM的性能。當這些問題都解決了，計算機將會朝著更小、更快、更便宜的方向發(fā)展下去。

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