第一节相变存储器发展概况

　　一、相变存储器的定义

　　相变存储器，简称PCM，相变存储器就是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据的。相变存储器通常是利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的一种信息存储装置。

　　二、发展背景

　　近年来，非易失性存储技术在许多方面都取得了一些重大的进展，为计算机系统的存储能效提升带来了新的契机，研究者们建议采用新型NVM技术来替代传统的存储技术，以适应计算机技术发展对高存储能效的需求。以相变存储器为代表的多种新型NVM技术因具备高集成度、低功耗等特点而受到国内外研究者的广泛 　　三、工作原理

　　相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。

　　在非晶态下，GST材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使得其具有较高的电阻率。由于这种状态通常出现在RESET操作之后，一般称其为RESET状态，在RESET操作中DUT的温度上升到略高于熔点温度，然后突然对GST淬火将其冷却。冷却的速度对于非晶层的形成至关重要。非晶层的电阻通常可超过1兆欧。

　　在晶态下，GST材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度，从而具有较低的电阻率。由于这种状态通常出现在SET操作之后，我们一般称其为SET状态，在SET操作中，材料的温度上升高于再结晶温度但是低于熔点温度，然后缓慢冷却使得晶粒形成整层。晶态的电阻范围通常从1千欧到10千欧。晶态是一种低能态；因此，当对非晶态下的材料加热，温度接近结晶温度时，它就会自然地转变为晶态。

　　典型的GSTPCM器件结构顶部电极、晶态GST、α/晶态GST、热绝缘体、电阻（加热器）、底部电极组成。一个电阻连接在GST层的下方。加热/熔化过程只影响该电阻顶端周围的一小片区域。擦除/RESET脉冲施加高电阻即逻辑0，在器件上形成一片非晶层区域。擦除/RESET脉冲比写/SET脉冲要高、窄和陡峭。SET脉冲用于置逻辑1，使非晶层再结晶回到结晶态。

　　四、应用领域

　　相变存储器材料具有存取速度快和可靠性高等优点,有比其他存储器更广阔的应用空间和更好的发展趋势，有望替代目前被公众熟知的传统存储技术，如应用于U盘的可断电存储的闪存技术，又如应用于电脑内存的不断电存储的DRAM技术等等。虽然人们渐渐的认识到了新存储技术的优越性，但如何将其应用在实际中却各有差异。

　　从目前的研究可以看出相变存储器主要可以用来替代计算机主存、硬盘和闪存：

　　1、相变存储器访问相应时间短，并且具有字节可寻址特性，其写延迟约为DRAM的10倍，使他在设计参考中固件代码的直接执行上显现出优势，并广泛研究用来作为DRAM的替代品，传统使用的DRAM的方法是在计算机断电后主存的数据全部丢失，计算机重启需要重新从外存读取操作系统数据，消耗较多时间，之前部分研究者采用将NOR闪存作为主存，可以解决计算机掉电数据丢失问题，但是闪存有擦写次数有限，随机写性能较差，写延迟较大等的缺点，而采用相变存储器或者基于相变存储器的异构主存方法可以更好地解决上述问题；

　　2、相变存储器的随机读写性能能够有效地解决大规模科学计算中小粒度随机I/O对磁盘访问所造成的I/O瓶颈，用相变存储器代替传统的硬盘具有很大的优势；

　　3、闪存和相变存储器都是新型非易失性存储器，没有机械装置并且可随机读写，但是和相变存储器相比，闪存的读写性能略显不足，特别是写入前需要整块擦除的缺陷，导致闪存只能通过一系列更加复杂的技术化才能替代存储系统的部分功能。

　　相变存储器还有其他很多方面的应用，适用于固线和无线通信设备、消费电子、PC和其他嵌入式应用设备：比如应用在航天器领域中的嵌入系统中、用在智能电表中可以对其储存构架进行进一步整合等。另外，根据相变存储器存在的一些不足，在提高存储密度、降低成本和提高耐写能力方面需要进一步的研究，才能更好的推动相变存储器的应用与发展。

　　第二节集成电路市场概况

　　一、集成电路定义

　　集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

　　二、市场规模

　　国内半导体产业与国际先进水平仍有较大差距。封装测试领域方面，我们和国际领先的技术差距较小，但其他领域还是有一定的差距。从制造上来看，仅就Foundry芯片代工技术节点而言，国内晶圆厂和国际领先的晶圆厂存在着差距。以集成电路为例，年一季度，国内市场保持高速增长，根据中国半导体行业协会统计，年第一季度中国集成电路产业销售额.3亿元，同比增长18.1%，其中：设计业销售额为.7亿元；制造业销售额为.1亿元；封测业销售额.5亿元。其中，设计业和制造业增速较快，分别为24.9%和20.1%，封测业7.3%。由此可见，我国半导体业务在朝向高技术和高附加值的上游进行转移和布局。同时在需求端高增的带动下，进口集成电路增长显著，显示了巨大的国产替代机会和供需缺口。年第一季度中国进口集成电路.7亿块，同比增长33.6%；进口金额亿美元，同比增长29.9%。出口集成电路亿块，同比增长42.7%；出口金额.6亿美元，同比增长31.7%。

　　图表1：中国集成电路市场规模与国产集成电路规模

　　《中华人民共和国年国民经济和社会发展统计公报》显示：年，集成电路产量.3亿块，增长37.5%。

　　三、集成电路发展前景

　　1、创新性效率超越传统的成本性静态效率

　　从理论上讲，商务成本属于成本性的静态效率范畴，在产业发展的初级阶段作用显著。外部商务成本的上升实际上是产业升级、创新驱动的外部动力。作为高新技术产业的上海集成电路产业，需要积极利用产业链完备、内部结网度较高、与全球生产网络有机衔接等集群优势，实现企业之间的互动共生的高科技产业机体的生态关系，有效保障并促进产业创业、创新的步伐。事实表明，20世纪80年代，虽然硅谷的土地成本要远高于公路地区，但在硅谷建立的半导体公司比美国其他地方的公司开发新产品的速度快60%，交运产品的速度快40%。具体而言，就是硅谷地区的硬件和软件制造商结成了紧密的联盟，能最大限度地降低从创意到制造出产品等相关过程的成本，即通过技术密集关联为基本的动态创业联盟，降低了创业成本，从而弥补了静态的商务成本劣势。

　　2、准确的产品与市场定位

　　许多归国创业的设计人才认为，中国的消费者是世界上最好的衣食父母，与欧美发达国家相比，我们的消费者对新产品充满好奇，一般不退货，基本无赔偿。这些特点为设计企业的创业、创新与发展提供了良好的市场机遇。企业要善于去发现产品应用，寻找市场。

　　设计公司扩张主要是受限于人才与产品定位。由于在人才团队、市场和产品定义方面的不足，初创公司不可能做大项目，不适合于做集聚型大项目。现有的大多数设计企业还是适合于分散型市场，主动去支持系统厂商，提供大量的服务。人力密集型业务项目不适合欧美公司，更适合我们。例如，在国内市场上，如果一个产品能出货万颗，那么公司就会去做，国外企业则不可能去做它。

　　3、打造国际精英人才的“新故乡”，充分发挥海归人才优势

　　海归人才在国外做了很多超前的技术开发研究，并且在全球一些顶尖公司内有产业经验，回国后从事很有需求的产品开发应用，容易成功。集成电路产业的研发就怕方向性错误与低水平重复，海归人才知道如何去做才能够成功。

　　“归国人才团队+海外工作经验+优惠政策扶持+风险投资”式上海集成电路产业发展的典型模式，这在张江高科技园区尤为明显。然而，由于国际社区建设滞后、户籍政策限制、个人所得税政策缺乏国际竞争力等多方面原因综合作用，张江仍然没有成为海外高级人才的安家落户、长期扎根的开放性、国际性高科技园区。留学生短期打算、“做做看”的“候鸟”观望气氛浓厚，不利于全球高级人才的集聚。要充分发挥张江所处的区位优势以及浦东综合配套改革试点的政策优势，将单纯吸引留学生变为吸引留学生、国外精英等高层次人才。通过科学城建设以及个人所得税率的国际化调整、落户政策的优化，发挥上海“海派文化”传统，将张江建设成为世界各国人才汇集、安居乐业的新故乡，大幅提升张江在高层次人才争夺中的国际竞争力。

　　4、重在积累，克服急功近利

　　设计业的复杂度很高，需要强大的稳定的团队、深厚的积累。积累是一个不可逾越的发展过程。中国集成电路产业的发展如同下围棋，不能只争一时之短长，要比谁的气长，而不是谁的空多。

　　集成电力产业人才尤其是设计人才供给问题长期以来是舆论界 　　5、促进企业间合作，促进产业链合作

　　国内企业之间的横向联系少，外包刚刚起步，基本上每个设计企业都有自己的芯片，都在进行全面发展。这些因素都限制了企业的快速发展。要充分运用华南一些企业为国外做的解决方案，这样终端客户就可以直接将公司产品运用到原有解决方案上去。此外，设计企业要与方案商、通路商、系统厂商形成紧密的战略合作伙伴关系。

　　6、摒弃理想化的产学研模式

　　产学研一体化一直被各界视为促进高新技术产业发展的良方，但实地调研结果暴露出人们在此方面存在着不切实际的幻想。笔者所调研的众多设计企业对高校帮助做产品不抱任何指望。公司项目要求的进度快，存在合作的时间问题；高校一般不具备可以使工厂能更有效利用厂房空间，也适用于研发中心的使用。新开发的空冷系统减少了对外部设施的依赖，可在任意位置安装设置，同时继续支持符合STC标准的各种T模块，满足各种测试的需要。