semisilicon半导体之芯2022年10月26日22：14广东
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MRAM, RRAM和PRAM非易失性存储器基础
LC Hit Rate（最后一级缓存命中率） 指的是：CPU 需要访问某个数据时，在最后一级缓存（LLC）中就成功找到该数据的请求次数占总请求次数的百分比。
Hit（命中） ：CPU 在 LLC 里找到了需要的数据。这是最理想的情况，因为访问缓存的速度极快（通常 ~10ns 量级）。
Miss（未命中） ：CPU 在 LLC 里没有找到需要的数据。这时就必须去速度慢得多的主内存（DRAM） 里寻找。
Rate（率） ：命中次数 / 总访问次数。
所以，一个 90% 的 LLC 命中率 意味着，CPU 每 100 次数据请求中，有 90 次都能在最快的 LLC 中找到，只有 10 次不得不去访问慢速的 DRAM。
在存储器层次结构中，Write Endurance Limit（写入耐久性限制）指的是存储器在特定条件下能够承受的写入次数。这个概念通常用于描述非易失性存储器（如闪存）的寿命。
在闪存中，写入耐久性限制通常以“擦除周期”（Erase Cycle）或“擦除次数” （Erase Cycles）来表示。
例如，一个闪存芯片可能具有10000次擦除周期，这意味着在达到这个次数之前，存储器可以承受的写入次数。
写入耐久性限制对于存储器的设计和选择至关重要，因为它决定了存储器在特定应用中的适用性。
写入耐久性限制通常与存储器的擦除周期有关，因为每次写入操作都会对存储单元的物理状态进行修改。
写入耐久性限制是存储器的一个重要特性，它决定了存储器在特定应用中是否适合使用，以及存储器在使用过程中需要考虑的维护和替换成本。
写入耐久性限制低的存储器可能需要更频繁的维护和替换，这可能导致更高的总体拥有成本。
Filament Forming（细丝形成） 。
这个概念是理解一种重要的新型存储技术（特别是阻变存储器（ReRAM） ）工作原理的关键。
核心定义
Filament Forming（细丝形成） 指的是在一种称为 金属氧化物阻变存储器 的设备中，通过施加电压，在两层金属电极之间的绝缘材料（通常是金属氧化物，如HfO₂、TaOₓ）内部，形成一条极细微的、导电的通道的过程。
这条导电通道就像一根极细的金属丝（Filament），它连接了两个电极，从而使原本绝缘的材料变得可以导电。
工作原理（结合图中的Set操作）
这个过程通常对应着存储器从高电阻态（HRS/RESET状态）切换到低电阻态（LRS/SET状态）的 “写入（Set）” 操作：
初始状态（高电阻） ：在未施加电压时，金属氧化物层是绝缘的，器件处于高电阻状态（代表存储的数据是“0”）。
施加电压（Forming/Set电压） ：当施加一个足够高的正向电压时，电场会驱动绝缘体中的金属阳离子（来自上电极）或氧空位（来自氧化物本身）发生迁移。
细丝形成：这些迁移的离子或空位会在电场作用下聚集，形成一条从上电极通往下电极的连续导电通路，即 Conductive Filament（导电细丝） 。
低电阻状态：一旦这条细丝完全形成，它就为电子提供了一个低电阻的路径，器件的整体电阻急剧下降，转变为低电阻状态（代表存储的数据是“1”）。
对应的操作：RESET（擦除）
与 Filament Forming（Set） 相对应的操作是 RESET：
当施加一个反向电压时，细丝的一部分（通常是靠近上电极最细的部分）会因焦耳热（Joule Heating）效应而熔断或发生化学变化（如重新被氧化）。
这会导致导电通道断开，器件恢复至高电阻状态。
为什么这个概念很重要？
存储机制的核心：Filament Forming 是许多ReRAM技术的物理基础。数据的存储（“0”或“1”）就体现在这个纳米级导电细丝的“有”或“无”上。
性能关键：细丝的形成速度、稳定性和均匀性直接决定了存储器的速度、耐久性（Endurance）和可靠性。
挑战：细丝的形成具有一定的随机性，如何精确控制每一条细丝的位置和形状，使其在成千上万次循环中都能稳定地形成和断裂，是这项技术面临的主要挑战之一。
总结
简单来说，在图示的ReRAM器件中：
Filament Forming（细丝形成） = Set操作 = 写入“1”
物理过程：通过电压在绝缘体中“烧”出一条纳米级的导电丝。
Filament Rupturing（细丝断裂） = Reset操作 = 擦除/写入“0”
物理过程：通过反向电压和热量将导电丝“熔断”。
因此，Filament Forming 是ReRAM这种新型存储技术实现数据存储的最核心的微观物理机制。