Artículo: MRAM, el futuro de la memoria

Hoy día estamos invadidos por palabrejas tales como RAM, ROM, EEPROM, FLASH, etc. Todas ellas definen unos tipos de chips conocidos como “memorias”, una descripción muy genérica para dispositivos muy diferentes. Hagamos un pequeño recorrido y veamos las diferencias.

De forma muy general, podemos describir los chips de memoria como aquellos que son capaces de conservar una cierta cantidad de información que será utilizada por el procesador, una serie de datos en forma de 1 y 0 (datos en forma binaria) que componen los programas, o los datos de las imágenes de una película, o un Excel de nuestros gastos caseros.

Típicamente podemos dividir las memorias más utilizadas a día de hoy en dos tipos, aunque esta diferenciación cambiará, como veremos más adelante.

Memorias RAM


La memoria RAM es a la que accede directamente el procesador de nuestro ordenador, consola o smartphone, para recoger programas o datos. Incluso cuando estos datos están almacenados en el disco duro, se colocan temporalmente en la RAM para ser leídos ¿Por qué? Porque el procesador es muy rápido y la memoria ha de ser también muy rápida, el procesador necesita leer y escribir la memoria con soltura.

La memoria que usamos actualmente en la mayoría de nuestros aparatos para este proceso se llama DRAM (o las modernas SDRAM) y tecnológicamente están formadas por pequeñísimos condensadores que pueden estar o no cargados eléctricamente. Imagina que estos condensadores son pequeñas “baterías” que están o no cargadas y podemos ver su estado. Si están cargadas, significa “1” y, si no lo están, significa “0”; así que ya tenemos un sistema que nos guarda datos, pero como todas las baterías, se descargan. Pero estas son tan pequeñitas y tienen tan poquita carga, que se descargan en milisegundos y hay que estar recargándolas constantemente.

Imagina si son pequeñitas, que en tu módulo de RAM de 512 megas, hay al menos 4 millones de condensadores (en realidad hay muchos más, pero este sería el mínimo teórico). Si estos condensadores tuvieran el tamaño de los condensadores normales, nuestro módulo de memoria de 512 megas tendría el tamaño de una moto. Una moto hecha de condensadores, claro, pero si añadiéramos el cableado y la circuitería extra se aproximaría más al tamaño de un coche, y necesitaría varios cientos de watios de potencia para funcionar.

Como hemos dicho este tipo de memoria tiene un pequeño inconveniente: los condensadores si no se refrescan constantemente, miles de veces por segundo, leyendo y reescribiendo su estado, se descargan, y cuando dejan de recibir corriente todo lo que había en ellos se borra. Es una memoria rapidísima, pero solo sirve para un uso temporal, no podemos dejar nada almacenado en ella a menos que permanezca encendida, y por lo tanto consumiendo energía (y bastante además).

Otro tipo de memoria RAM, con este mismo “problema” pero más rápida transfiriendo datos, es la llamada SRAM. En este caso cada celda, cada “bit”, incorpora una serie de transistores que permiten que no sea necesario ser refrescada constantemente. Pero al tener más componentes por celda su tamaño aumenta, necesitan más silicio y por lo tanto son más caras y voluminosas. Por ello su uso está limitado hoy día a la memoria cache de pequeño tamaño y a la memoria para los registros de los procesadores.

Así que, visto lo visto, necesitamos otro tipo de memoria donde almacenar nuestros datos de forma que no se pierdan cuando falta la corriente eléctrica.

Memorias ROM, PROM, EPROM, EEPROM y FLASH


La memoria ROM (Read Only Memory) como su nombre indica es de solo lectura, no se puede escribir, viene grabada de fábrica con los datos que necesita y no se puede cambiar ni borrar. Las PROM vienen vírgenes, pero solo se pueden grabar una vez. Por su parte las memorias EPROM se pueden borrar con una potente luz ultravioleta para luego volverlas a escribir, y su evolución las memorias EEPROM tienen la misma capacidad, solo que este borrado se realiza eléctricamente.

Todas estas memorias conservan los datos grabados aun después de dejar de ser alimentadas:

¡Pues ya está! Utilicemos memorias EEPROM para nuestros ordenadores en vez de RAM, así cuando se apaguen como se queda todo como estaba podemos seguir por donde íbamos. Y además cuando no se estén usando no consumen energía.

Buena idea, pero no es tan fácil. Estas memorias tienen otros inconvenientes, el principal su velocidad, ya que son mucho pero mucho más lentas que las memorias RAM. Así que no nos valen, ¡no acabamos de dar con la tecla!

Sin embargo son muy útiles para otro tipo de cosas. Por ejemplo la BIOS de tu ordenador suele ser una memoria EEPROM (o más bien solía serlo) y un pequeño programa guardado en ella le da a tu procesador las instrucciones básicas sobre cómo arrancar la placa base y cómo comunicarse con los diferentes dispositivos.

Además, los microcontroladores de todo tipo de dispositivos guardan sus pequeños programas en EEPROMs: alarmas, teclados, los “chips” para los mods de las consolas, miles de tipos de dispositivos. Donde se use un procesador, de cualquier tipo, casi siempre hay cerca una memoria EEPROM... o su evolución: la memoria FLASH.

Una pequeña revolución la memoria FLASH. Como hemos dicho es una evolución de la memoria EEPROM y en líneas generales es similar, pero mucho más rápida, ya que permite leer o escribir varios bloques de memoria de forma simultánea, acelerando el proceso muchísimo, hasta el punto que en modo lectura la velocidad de la memoria FLASH se aproxima a la de la DRAM.

Vale solucionado, ¡entonces usemos FLASH en vez de RAM!

Pues no, seguimos teniendo inconvenientes, ¡no damos una! El problema de la memoria FLASH está en la escritura, que necesita voltajes muy altos y sigue siendo lenta. Además la memoria FLASH se degrada, aunque puede ser leída “infinitas” veces sin dañarse (al menos eso dicen los fabricantes), tiene un límite de vida en escritura, con lo cual su uso en lugar de la RAM (que cambia tanto y tanto de contenido) no es viable en principio. Se han hecho intentos para usarla, debido a su menor consumo eléctrico y al coste significativamente inferior de fabricación, pero el éxito ha sido muy limitado.

En definitiva, todas estas memorias EPROM, EEPROM y FLASH están compuestas por transistores “modificados” que pueden retener una carga durante largos periodos de tiempo, manteniendo los datos. Es como si pulsáramos un interruptor en una u otra posición, con o sin corriente, este interruptor mantendrá el estado en el que lo hemos dejado.

La memoria FLASH tiene actualmente un uso fantástico y extendido, destinado a la sustitución de los clásicos discos duros para el almacenamiento de datos. Su menor consumo y coste están llevándole poco a poco a ser el estándar en dispositivos de almacenamiento masivo. ¿Quién no tiene hoy en día un pendrive? Pues ya tiene una memoria FLASH.

¿Entonces, nada que hacer? ¿Por un lado la RAM y por otro la FLASH y listo?

MRAM

Aquí es donde entramos en las nuevas tecnologías que se están desarrollando. Un nuevo tipo de memoria que poca gente conoce es llamada MRAM.

La mayor necesidad por sustituir la SDRAM viene dada por su consumo eléctrico. Estas memorias son muy efectivas, pero consumen mucho y, en dispositivos portátiles tales como los smartphones, drenan las baterías. Necesitamos algo más eficiente energéticamente, tan eficiente como las FLASH en modo lectura pero más rápidas.

Hace muchos años, hablamos de los años sesenta, se inventó un tipo de memoria, hoy absolutamente obsoleta, llamada memoria de núcleos magnéticos. Se cruzaba un arito metálico por tres cables, dos para hacer circular corriente en una matriz y otro de control para poder leer el estado del aro. Era enorme, lentísima, ¡pero permanente! Una vez se magnetizaba cada aro, este permanecía magnetizado y no había que refrescarlo.

Aunque a partir de los años 70 esta tecnología quedó obsoleta nunca se olvidó, ni a ella ni a otro efecto descubierto en los años 40 por IBM, el llamado “efecto de magneto resistencia gigante de las estructuras de película fina” (ya hemos dicho el palabrejo del artículo, no habrá más). Y es a partir de estos antepasados lejanos como nace una nueva idea: la memoria MRAM.

Esta memoria está formada por pequeñísimos discos ferromagnéticos (pues sí, hemos dicho otro palabrejo, pero este se entiende mejor), como si fueran los platos de un disco duro pero de tamaño minúsculo, que se sitúan en diferentes estados de polarización. Para simplificarlo, digamos que los polos magnéticos se orientan en diferentes posiciones y, dependiendo de la posición, significará “1” o “0”. Y mantienen esta posición sin necesidad de ser alimentados, por lo cual almacenan los datos incluso en ausencia de electricidad.

Por tanto tenemos otra tecnología que hace lo mismo que la memoria FLASH, o incluso que la memoria de núcleos, pero con una gran diferencia: tiene un consumo eléctrico efectivo que se estima en el 1% de la SDRAM, es aún más rápida que ésta, no se degrada con la escritura y las últimas versiones construidas tienen su mismo tamaño.

Este tipo de memorias aún está en estado de desarrollo. El primer chip funcional se anunció en el 2006 de la mano de la poco conocida “Freescale Semiconductor”, una empresa hija de Motorola, que inventó el primer prototipo de MRAM ¡¡en los años 90!! Pero esta memoria se está resistiendo en su evolución, a pesar de que no es solo Motorola la que investiga sobre ella. Por ejemplo, recientemente Samsung buscaba colaboradores para investigar en este campo.

Se están superando diferentes problemas técnicos, mejorando la tecnología, y todo apunta a que tarde o temprano se convertirán en el tipo de memoria universal. Algún día desaparecerán las ROMS, EPROMS, RAM, FLASH… y todas serán sustituidas por las modernas MRAM.

Podemos hablar incluso de un nuevo tipo de ordenadores, en el que los chips de memoria serán universales. Desaparecería así la distinción entre memoria principal, de la tarjeta de vídeo o de almacenamiento. Todo sería simplemente “la memoria”, pudiendo ser usada por cada elemento según sus necesidades. Ya no tendríamos que comprar la memoria de la placa base, la tarjeta gráfica con su memoria integrada y el disco duro. No, compraríamos solamente un bloque de memoria que sería utilizado por todo el sistema.

También podríamos hablar de una disminución enorme del consumo eléctrico en los dispositivos portátiles, con lo cual por fin volverían a durarnos varios días cargados nuestros teléfonos.

Pero calma, no vayáis todavía a preguntar por ellas a vuestra tienda de confianza. Aunque hay algunos chips disponibles en el mercado, aún no encontrareis discos duros o memorias para vuestros PCs, y queda un buen tiempecillo para ello. Pero recordad esto:

MRAM es el futuro de la memoria.