Existen muchas tecnologías de memoria que están bajo desarrollo o que ya han sido probadas como posibles sustitutos de las actuales memorias, o para modificar la jerarquía de memoria que todos conocemos. Entre ellas está la RRAM o ReRAM que te vamos a explicar en este artículo, para que puedas comprender qué es y lo que podría traer.
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Un poco de historia sobre la RRAM
Entre 1963 y 1964, miembros de la Universidad de Nebraska-Lincoln propusieron por primera vez una matriz de memoria resistiva de película delgada. En 1967, JG Simmons demostraría nuevas propiedades de esta memoria resistiva.
En los años 70, miembros de la Universidad de Leeds intentaron explicar el mecanismo de forma teórica. Sin embargo, aquello pareció quedar en saco roto hasta muchos años después, cuando en mayo de 1997, un equipo de investigadores de la Universidad de Florida junto con la empresa Honeywell harían progresos sobre un método de fabricación para este tipo de memorias resistivas usando grabado de plasma de resonancia en un ciclotrón de electrones.
Leon Chua, otro investigador, aseguraría que todos los dispositivos de memoria no volátil, incluida la RRAM, deberían considerarse como memristores. Primera vez que se habla de este dispositivo que en esta época seguía siendo solo teórico.
Desde principios de 2000, varias empresas han estado investigando sobre la RRAM o ReRAM. Algunas de ellas presentaron algunas solicitudes de patentes sobre estas nuevas memorias tan prometedoras. Sin embargo, los resultados obtenidos se han estado comercializando en capacidades de tan solo unos KB de forma casi marginal.
La RRAM no parecía despegar pese a sus ventajas. Sin embargo, en 2012, la famosa empresa americana Rambus, dedicada al mundo de la memoria de alto rendimiento, compró una empresa dedicada a esta RRAM denominada Unity Semiconductor. La inversión fue de 35 millones de dólares. Pero… ¿por qué pagar ese alto precio por algo que no perecía tener éxito?
Ese mismo año, Panasonic también lanzaría un kit propio que había desarrollado para evaluar la RRAM, basado en una celda de memoria fabricada con óxido de tantalio y tipo 1T1R, es decir, con un transistor y una resistencia. De esta forma se conseguía esta memoria resistiva de la que hablamos.
Un año más tarde, Crossbar también presentaría otro prototipo de chip RRAM que tenía el tamaño de un sello postal y que podía almacenar una cantidad de 1 TB. Un gran avance que no terminó ahí, ya que la empresa aseguraría que produciría a gran escala su chip para 2015. Este chip usaba una estructura de celda de memoria de Ag/a-Si/Si, similar a la de una CBRAM, es decir, plata, silicio amorfo y silicio monocristalino.
En 2013, también habría un gran paso adelante cuando HP (Hewlett-Packard) presentó su propia oblea de chips ReRAM fabricada usando un nuevo dispositivo revolucionario conocido como memristor. Este eslabón perdido de la electrónica parecía que iba a revolucionar el mundo de los chips, aunque no sería así. Fue una especie de fiebre como la del grafeno en la actualidad…
Además, HP aseguraba que las futuras unidades SSD basadas en memristores podrían almacenar hasta 100 TB de información y que estarían disponibles en 2018, y que se podría escalar a 1.5 PB en 2020. Sin embargo, las capacidades actuales están muy por debajo de eso, y estamos en 2023.
Después de esto, se han implementado varias formas de RRAM basadas en diferentes materiales dieléctricos. Por ejemplo, hemos visto algunos prototipos de perovskitas (un material que está dando mucho que hablar para paneles solares), hasta óxidos de metales de transición, y calcogenuros. Pese a todo esto, la tecnología no parecía despegar.
En 2014, investigadores de la Universidad de Rice también anunciaron un nuevo dispositivo de memoria basado en filamentos de silicio que usaba óxido de silicio porosodieléctrico para su funcionamiento. Sin embargo, presentó problemas de inoperabilidad en el aire y debía sellarse herméticamente para que funcionase.
Desde la UCL (University College London) también se hicieron pruebas sobre la conmutación en el óxido de silicio usando voltajes de 1v y tiempos de conmutación de tan solo unos nanosegundos, con 10.000.000 ciclos sin fallar. Y todo en condicionas ambientales. Parecía que la tecnología iba despegando poco a poco…
En 2016, 4DS Memory Limited, también anunciaría ese mismo año que había creado chips RRAM suficientemente pequeños para apilarse como la 3D NAND flahs, pero con mayor densidad y rapidez. Y ese mismo año, Weebit Nano también había desarrollado productos RRAM basados en óxido de silicio, lo que significa que estos chips se podrían fabricar en masa en las fabricas de semiconductores actuales sin alterar los equipos existentes.
¿Qué es RRAM?
La RRAM o ReRAM (Resistive Random Access Memory), es un tipo de memoria resistiva de acceso aleatorio. Una de las mayores diferencias con la RAM convencional es que no es volátil, es decir, se puede dejar de suministrar energía a ella y no perderá sus datos.
Funciona cambiando la resistencia de un material dieléctrico en estado sólido. Según esta resistencia (varía según los voltajes aplicados a la celda), se puede interpretar como un 0 o un 1, y así poder almacenar información en formato binario.
Seguro que estarás pensando que un material dieléctrico, o aislante, no conduce corriente eléctrica. De hecho, estos materiales se usan para evitar el flujo de corriente en multitud de dispositivos. Sin embargo, cuando un dieléctrico se somete a un voltaje suficientemente alto, conducirá debido a un fenómeno llamado ruptura dieléctrica. Es como el aire, que es un magnífico aislante, pero cuando hay cargas enormes se producen los rayos que son capaces de atravesarlo hasta la tierra.
En un material dieléctrico convencional esto implicaría la ruptura física, un daño que haría que ya no se pudiera usar más. Sin embargo, en un memristor la ruptura dieléctrica es temporal y reversible debido a los materiales empleados. Cuando se aplica un voltaje específico, en ese material del memristor se crean conductores microscópicos llamados filamentos.
Estos filamentos aparecen como resultado de fenómenos de migración de metales y otros defectos físicos. Una vez que aparece un filamento, puede romperse o invertirse mediante la aplicación de un voltaje diferente. Y así es como se puede usar esto para almacenar información en las celdas de memoria RRAM, formando y destruyendo estos filamentos.
El memristor para una ReRAM o RRAM funcionaría de forma similar a un semiconductor, pero con iones de oxígeno en vez de otros portadores de carga (electrones y huecos). Estas vacantes de oxígeno pueden representar los dos valores del sistema binario.
Como he comentado en el apartado de la historia, se han venido usando diferentes materiales dieléctricos con características de memristor, como el vidrio de calcogenuro, el óxido de níquel, el dióxido de titanio, varios electrolitos, materiales semiconductores, e incluso algunos compuestos orgánicos. Hasta en la sangre se han visto propiedades memristoras…
Ventajas y desventajas de la RRAM
Hasta ahora, ya sabes un poco más sobre la historia y sobre qué es la RRAM o ReRAM. Hemos visto que se puede comportar como una memoria RAM, pero que no es volátil, por lo que también se asemeja en ese sentido a una memoria flash. Sin embargo, tiene otras ventajas:
- Posee una gran velocidad de conmutación, mucho más rápida que una NAND flash. Se han observado escalas de tiempos de 10 ns.
- Estas celdas de memoria pueden tener dimensiones muy pequeñas, de unos nanómetros, lo que permite una gran densidad de integración para aumentar las capacidades.
- Es una memoria no volátil por lo que, a diferencia de la RAM SDRAM, no necesitará estar constantemente alimentada para mantener la información.
- El consumo de energía de estas tecnologías es bastante inferior a una NAND flash. Esto los haría perfectos para dispositivos que dependen de una batería.
Sin embargo, no todo son ventajas, también tiene algunos retos que superar y desventajas:
- A veces se pueden formar filamentos no deseados llamados «caminos furtivos» y que son todo un desafío para los ingenieros, ya que esto podría hacer que una celda de memoria altere su valor y se corrompan los datos.
- Actualmente, la tecnología de los memristores y la ReRAM no están tan maduros, por lo que los costes de fabricación son aún elevados, pero se espera que se vuelvan tan competitivos como los de la NAND flash.
Si todo esto se soluciona adecuadamente, la RRAM podría ser un sustituto excepcional de las actuales unidades SSD y de los módulos de memoria NVDIMM.
Otras tecnologías
Además de la RRAM, basada en memristores, también se están desarrollando otras tecnologías interesantes para el mundo de la memoria. Por ejemplo, tenemos:
- CBRAM: un tipo de memoria de puente conductivo que usa una capa de material electrolítico a través del cual se crean o destruyen filamentos conductores. Así, la resistencia del material dieléctrico aumenta o disminuye según si existe filamento o no. Es decir, similar a la RRAM. Actualmente, están en el mercado bajo la empresa Adestro Technologies y para el mundo del IoT.
- PCM: es una memoria de cambio de fase. Esta emplea una corriente aplicada a un material dieléctrico conocido como calcogenuro para cambiar su estado de sólido amorfo a menos sólido o cristalino. De esta forma se tienen dos estados diferenciados. Además, tenemos casos prácticos como la memoria 3D XPoint de Intel y Micron Technology que se basa en estos materiales.
Ejemplos de productos RRAM
Existen algunos productos lanzados al mercado basados en ReRAM que deberías conocer, como:
- Fujitsu Semiconductor lanzó en 2016 un chip RRAM de 4 MB que había desarrollado conjuntamente con Panasonic Semiconductor Solutions.
- Durante la Flash Memory Summit de 2016, Western Digital también anunció que usaría 3D ReRAM para los futuros SSD, reemplazando así la flash NAND. Sin embargo, hasta el momento no ha sucedido.
- En 2017, Crossbar Inc. también comenzó con la producción de RRAM en las instalaciones de Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC). Fueron destinados para diversos dispositivos.
- Otros proveedores también están produciendo memorias no volátiles basadas en memristor similares…
También te invito a leer nuestra guía sobre las mejores memorias RAM del mercado.
