相变存储器（Phase Change Memory）作为一种新型的非易失性存储器，在存储级内存、神经形态计算等领域被认为是有力的候选技术之一。在国际上，Intel，IBM等公司都在相变存储器领域有多年的技术积累。在存储器技术的发展过程中，面向电路设计仿真的集约模型（Compact Model）不可或缺。在存储、选通单元的匹配，存储单元的寄生和串扰效应，以及包含驱动电路的整芯片的设计中，集约模型都起到连接器件技术和设计方法的桥梁作用。基于相变存储器实现电子神经突触，进而构建硬件脉冲神经网络，也是目前学术界和工业界的研究热点。神经形态电路利用存储器的模拟和阈值转换等特性，其仿真设计对集约模型的要求更高，对模型的物理功能、计算速度、仿真收敛提出不小的挑战。

近日，北京大学张立宁助理教授、黄如院士课题组，联合中科院上海微系统研究所宋志棠研究员，系统地回顾了用于相变存储器电路和系统设计的集约模型的发展状况，并对未来的模型发展进行了展望。北京大学课题组近年来在相变存储器集约模型方向进行了深入研究，陆续提出和发展动态时间演进的建模方法和模型降阶的方法，实现对包含多物理场耦合的相变存储器的高效计算和仿真。该综述文章系统地梳理了发展存储器模型的宏模型构建、物理基础模型构建的方法，着重分析了脉冲神经网络设计对相变存储器模型的要求，并就微缩结构相变存储单元、存储单元的涨落和统计建模以及存储单元的可靠性建模等方面的挑战阐述了自己的观点。在神经形态计算电路和系统设计中，涵盖存储器可靠性等物理效应的集约模型将对技术的进步起到持续的推动作用。

图1. (a) PCM 器件的非晶态（复位）和晶态（置位）状态的电阻与时间的函数关系。(b) 复位单元的电阻与时间的关系。两个插图展示了烘烤实验中相对较短（左上）和较长（右下）烘烤时间的混合相结构。

A review of compact modeling for phase change memory

Feilong Ding, Baokang Peng, Xi Li, Lining Zhang, Runsheng Wang, Zhitang Song and Ru Huang

J. Semicond. 2022, 43(2): 023101.

doi: 10.1088/1674-4926/43/2/023101.

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/43/2/023101%20?pageType=en

来源：半导体学报公众号