Doposud se dařilo do jedné paměťové buňky PCM uložit pouze jeden bit. Snahy o uložení více bitů většinou vyústily pouze v krátkodobé zachování informace. Buňka měla tendenci měnit svůj stav, což pochopitelně vedlo k chybám při jeho čtení. Nyní tým vědců IBM v Zurichu přišel s „pokročilými modulačními kódovacími technikami“, díky nimž si vícebitová buňka udrží svůj stav i dlouhou dobu.

Asi by bylo dobré vysvětlit, jak je vlastně možné do PCM buňky uložit více stavů. Phase-change záznam se používal už na prvních přepisovatelných optických discích (PD, později CD-RW) a spočíval ve změně stavu materiálu z krystalického na amorfní a naopak. To jsou dva rozlišitelné stavy, tedy optikou v mechanikách. V PCM je použita směsice materiálů, která dokáže něco podobného, přičemž své stavy mění na základě velikosti napětí a pak také proudových pulzů, které se do materiálu pouští (to jsou ty modulační techniky). Materiál pak kromě toho, že změní svůj stav, také změní svůj elektrický odpor. Podle jeho velikosti se pak rozlišuje logická 0 a 1 (tedy jeden bit, který může mít dva stavy).

Aby bylo možné do takové buňky uložit více stavů, musí přijít na řadu více úrovní elektrického odporu materiálu. To byl právě doposud problém, materiál měl tendenci inklinovat výhradně k jednomu, nebo druhému stavu. A právě pomocí oněch modulačních technik neboli určitého sledu proudových pulzů se nyní podařilo vědcům dosáhnout celkem čtyř různých stavů, tedy co se týče velikosti měřitelného odporu. Důležité je, že materiál v tomto stavu setrvává delší dobu. Čtyři stavy už umožňují uložení dvou bitů, z nichž je možno skládat kombinace 00, 01, 10 a 11 (tedy vlastně čísla od 0 do 3). Použita byla metoda rychle se opakujících zápisů, která zajistila, že se materiál ustálil na požadované hodnotě odporu. Dr. Haris Pozidis to vysvětluje: „Aplikovali jsme pulz na bázi odchylky od požadované úrovně a změřili odpor. Pokud byl menší, než jsme potřebovali, aplikovali jsme další pulz a zase změřili. A tak jsme to opakovali, dokud jsme nedosáhli požadované úrovně.“

Zápis je tak vlastně pomalejší než u klasických jednobitových PCM buněk, protože se během aplikací pulzů musí hlídat jejich stav. I tak jde stále o poměrně vysokou rychlost, nejvyšší naměřená latence při něm činí 10 µs, což je prý pořád 100× lepší než u nejrychlejších flash pamětí na trhu.

Pak je tu samozřejmě problém s udržením stavu. Kvůli „strukturální relaxaci atomů“ v amorfním stavu materiálu dochází po změně skupenství k postupnému zvyšování odporu (laicky a zjednodušeně řečeno „z dvojky se stává trojka“). Vědci tohoto stavu „využili ve svůj prospěch“ a použili takový způsob modulačních technik, který je odolný vůči této postupné změně buněk. Využívají skutečnosti, že v průměru se relativní uspořádání naprogramovaných buněk s různými úrovněmi odporu nemění právě díky oné postupné změně, ke které v nich dochází.

A tak vytvořili pokusný čip s 200 000 buňkami (90nm CMOS výrobním procesem). Experiment probíhal více než 5 měsíců, během nichž se podařilo dosáhnout takové úrovně použitelnosti, která by se už dala uplatnit v praxi.

Závěrečný obrázek demonstruje způsoby použitelnosti tří různých typů pamětí (PCM, DRAM, flash). I z něho vyplývá, že vícebitové buňky jsou pomalejší než jednobitové, přesto použitelné. Je v něm také zmínka o Racetrack Memory, která nám naznačuje, že s tímto typem pamětí v dohledné době počítat nemáme.