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Phase Change Memory (PCM) gilt als Nachfolger der aktuellen NAND-Technologie in SSDs und soll zahlreiche Vorteile gegenüber klassischen Flash-Speichern besitzen. HGST, eine Tochter von Western Digital, hat nun eine PCI-Express-SSD im Prototypen-Status präsentiert, welche mit PCM in Komponenten von jeweils 1 Gb arbeitet.
Verbaut sind diese in 45 nm gefertigten 1-Gb-PCM-Chips auf einer PCI-Express-Platine, welche über vier PCI-Express-x4-Lanes angebunden ist. Großer Vorteil von PCM gegenüber NAND sind die geringen Zugriffzeiten. Diese liegen bei rund 1,5 µs und bedürften eines völlig neuen Interfaces zwischen Controller und den Speicherchips selbst. Entwickelt wurde die neue Schnittstelle gemeinsam mit der Universität von Kalifornien in San Diego. Der Öffentlichkeit vorgestellt wurde das neue Interface-Protokoll Anfang 2014 auf der Usenix-Konferenz File and Storage Technologies (FAST). Durch die geringen Zugriffszeiten werden bis zu 3 Millionen IOPS (Random Reads von 512-Byte-Blöcken) erreicht.
Direkt vergleichen lassen sich die IOPS nicht wirklich, aber grobe Anhaltspunkte können gegeben werden. So erreichen Server-SSDs, in diesem Fall ebenfalls auf Basis von PCI-Express, bis zu 500.000 IOPS. Im Consumer-Bereich sind 100.000/70.000 IOPS für das Lesen/Schreiben von 4K-Daten inzwischen üblich. Die von HGST genannten 3 Millionen IOPS sind also zunächst einmal nur eine grobe Richtung, in die es gehen soll.
Bis erste marktreife Produkte auf Basis von PCM erscheinen, wird wohl noch einige Zeit verstreichen. Derzeit testen zahlreiche Hersteller die dazugehörigen Technologien und dazu gehört neben dem eigentlichen Speicher selbst auch die Infrastruktur in Form von Controllern und Protokollen.
[h3]Technischer Hintergrund zu Phase Change Memory (PCM)[/h3]
Die Speicherung von Daten erfolgt über ein Material, dass sich entweder in einem kristallinen oder amorphen Zustand befindet. Diese Zustände repräsentieren das Low- und High-Level aus der Flash-Technologie. Über einen elektrischen Stromfluss, der mehrere hundert Mikroampere stark ist und etwa 50 Nanosekunden andauert, wird das Chalcogenide genannte Material zunächst in den amorphen Zustand überführt. In diesem kann es durch eine schnelle Abkühlung verbleiben und kristallisiert nicht erneut aus. Dieser Zustand zeichnet sich beim Lesen der Daten durch einen hohen elektrische Widerstand aus. Wird jedoch eine bestimmte Spannung überschritte, wird das Material wieder gut leitend. Diese Eigenschaft nennt sich "Dynamic on State".
Soll das Chalcogenide wieder in den kristallinen Zustand überführt werden, wird ein kleiner Strom (20 bis wenige hundert Mikroampere) über einen längeren Zeitraum (100 Nanosekunden) angelegt. Das amorphe Material wird über seine Kristallisationstemperatur gebracht, Kondensationskeime bilden sich aus und das Material wird wieder kristallin. Auch hier reicht wieder ein kleiner Stromfluss, um den elektrischen Widerstand zu bemessen und somit den Zustand auszulesen. Ein kleiner Stromfluss erlaubt also das Auslesen des jeweiligen Zustands. Dies und der geringe Strom beim Schreiben der Daten sind neben den geringen Latenzen die größten Vorteile von PCM gegenüber den klassischen Flash-Technologie.