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Almacenamiento Eléctrico

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Inicios del almacenamiento electrónico

La tecnología del almacenamiento electrónico, o memoria flash, permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, mediante impulsos eléctricos  permite velocidades de funcionamiento muy superiores frente a la tecnología previa, la cual tenía que reescribir la información celda por celda. Esta tecnología es la que se utiliza en las memorias USB y en las de estado sólido, las más frecuentemente empleadas en la actualidad debido a su velocidad y bajo coste.

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La historia de la memoria flash siempre ha estado muy vinculada con el avance del resto de las tecnologías a las que presta servicios. En 1984, fue Fujio Masuoka quien inventó este tipo de memoria como evolución a las EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) que ya había.

 

Con esta tecnología ya en marcha se pudieron investigar otras muchas relacionadas. Así fue, por ejemplo, como en 1998 se comercializó el primer reproductor de audio digital. En 1994, SanDisk empezó a comercializar tarjetas de memoria (CompactFlash) basadas en estos circuitos. Desde entonces la evolución ha llegado hasta pequeños dispositivos, tales como tarjetas de memoria para videoconsolas, teléfonos móviles o MP3.

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Con el paso del tiempo, y en consonancia con lo visto en otros tipos de dispositivos de almacenamiento, la capacidad de estos dispositivos aumenta al tiempo que su precio disminuye. Algunas de las ventajas que presentan estos dispositivos son la gran resistencia mecánica que poseen, su bajo consumo energético, generan poco ruido, además de su pequeño tamaño y gran versatilidad. 

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Gracias a todas estas características enseguida se convierten en el tipo de dispositivos de almacenamiento más utilizado en el mundo de forma regular, pasando por encima de los platos magnéticos.

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Si bien tienen numerosas ventajas, también presentan algunos inconvenientes tales como, su tiempo de vida limitado a un número de grabados/borrados de información limitados debido a las propias características del dispositivo.

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Las memorias flash de las que estamos hablando se pueden dividir en dos categorías atendiendo a como almacenan la información: Memorias NOR y Memorias NAND

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En las memorias flash de tipo NOR, cuando los electrones se encuentran en FG (Floating Gate), modifican el campo eléctrico que generaría CG (control Gate) en caso de estar activo. De esta forma, dependiendo de si la celda está a 1 o a 0, el campo eléctrico de la celda existe o no. Entonces, cuando se pone un determinado voltaje en CG para leer la celda, la corriente fluye o no en función del voltaje almacenado en la celda. La presencia/ausencia de corriente se detecta e interpreta como 1 o 0, reproduciendo el dato almacenado. En los dispositivos de celda multinivel, se detecta la intensidad de la corriente para controlar el número de electrones almacenados en FG e interpretarlos adecuadamente. 

 

Para programar una celda de tipo NOR se permite el paso de la corriente desde el terminal fuente al terminal drenador, entonces se coloca en CG un voltaje alto para absorber los electrones y retenerlos en el campo eléctrico que genera. Para borrar el contenido de una celda, es decir, expulsar estos electrones, se aplica un voltaje inverso mucho mayor al empleado anteriormente. Así se atrae a los electrones, convirtiendo al transistor en una pistola de electrones que permite, abriendo el terminal drenador, que estos abandonen el mismo. Este proceso es el que provoca el deterioro de las celdas, al aplicar sobre un conductor tan delgado un voltaje tan alto.

Memorias NOR

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Memorias NAND

Las memorias flash basadas en puertas lógicas NAND funcionan de forma ligeramente diferente: usan un túnel de inyección para la escritura y para el borrado un túnel de ‘soltado’.  Las memorias basadas en NAND tienen un costo bastante inferior y sobre diez veces mayor resistencia a las operaciones, pero sólo admiten acceso secuencial (orientado a almacenamiento masivo), mientras que las memorias flash basadas en NOR permiten lectura de acceso aleatorio. Sin embargo, las NAND han permitido la expansión de este tipo de memoria, ya que el mecanismo de borrado es más sencillo, lo que ha proporcionado una base más rentable para la creación de dispositivos de tipo tarjeta de memoria. Los USB usan este tipo de memoria. 

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Las NAND han sido las más importantes de las dos estructuras de memorias flash debido a sus ventajas frente a las NOR. Algunos ejemplos de esto son: la mayor densidad de almacenamiento de los chips es mayor, el costo de producción de las NAND es menor y la velocidad de acceso, reescritura y borrado de información es mayor en NAND. Pero no todos son ventajas, ya que su fiabilidad es muy inferior a la de las estructuras NOR, algunas veces requiriendo corrección de datos y con la existencia de la posibilidad de que queden bloques marcados como erróneos e inservibles.

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Expectativas futuras

Las memorias flash tienen muy buenas características en lo que a ventajas actuales y sustanciales se refiere. Debido a que son memorias pequeñas, baratas y flexibles su demanda seguirá en alza hasta que aparezcan nuevos sistemas que superen a estas memorias tanto en características como en costo, pero esto podría no estar muy lejos. 

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Con el paso del tiempo aparecen nuevas tecnologías e ideas innovadoras de nuevos sistemas de almacenamiento tanto magnéticos como ópticos que podrían sobrepasara el dominio abrumador que las memorias flash ostentan actualmente. Las empresas más importantes del mundo que se dedican al uso masivo de este tipo de dispositivos como partes integrales de otros aparatos electrónicos, tales como AMD e Intel, están optando por un enfoque diferente. 

Estas empresas opinan que, si bien las memorias flash van a ser superadas por otros tipos de dispositivos en el futuro, todavía serán de gran utilidad si las utilizamos para tareas enfocadas. Y aunque, hay algunas empresas que quieren innovar con las el almacenamiento flash, intentando fusionar las dos arquitecturas principales (NOR y NAND), se van a seguir aprovechando las características de cada tipo de memoria para funciones concretas.

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Un tema a mencionar es el sistema NVMe, que podría considerarse como el futuro de la memoria flash a corto-medio plazo, ya que se basa en la digitalización y automatización de todo el proceso de trata de datos mediante una IA avanzada. Si quieres más información relacionada con este tema puedes hacer click aquí.

Referencias y Bibliografía interesante.

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