4F² DRAM: qué es esta misteriosa memoria que probablemente ya usas…

Compañías como Kioxia, Samsung y SK Hynix ya han demostrado que esta tecnología de memoria DRAM aporta ventajas. Hablamos de la 4F² DRAM, a la que dedicaremos todo este artículo para descifrar qué es exactamente, qué ventajas y desventajas tiene, y cómo influye en la memoria RAM de nuestros equipos.

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¿Qué significa 4F² en DRAM?

La notación 4F² hace referencia al área física mínima que ocupa una celda de memoria DRAM, es este caso cuatro veces el cuadrado del tamaño mínimo de característica del proceso de fabricación (F). Por ejemplo, en un proceso de 10 nm, una celda 4F² ocuparía 4x(10nm)² = 400 nm². Esto representa una de las configuraciones de celda más compactas posibles dentro de la tecnología DRAM convencional, y eso significa mayor densidad, es decir, más capacidad por chip…

Para conseguir esto, una celda DRAM 4F² consta de dos elementos básicos:

• Un transistor de acceso (MOSFET).
• Un condensador para almacenar la carga (bit de información).

Puedes pensar que esto es como la DRAM convencional, pero en la configuración 4F², se adopta una topología tridimensional como capacitor-over-bitline o buried capacitor. El diseño tridimensional permite lograr la densidad deseada sin comprometer la capacidad del condensador, lo cual es esencial para la retención de datos. Es decir, el

¿Cómo funciona el acceso? Operación de lectura y escritura

Ahora que ya sabes qué es la 4F² DRAM, es el momento de saber cómo opera: 

• Escritura:
  1. Se activa la wordline, abriendo el transistor de acceso.
  2. Se aplica una carga positiva o negativa en la bitline, transfiriéndola al condensador.
  3. El transistor se cierra, aislando el condensador.
• Lectura:

• 1. Se pre-carga la bitline a una tensión intermedia.
  2. Se activa la wordline, conectando el condensador a la bitline.
  3. Una leve variación en la bitline es detectada por un amplificador de lectura.
  4. El dato se reconstruye y se refresca debido a la lectura destructiva.

Ventajas de la arquitectura 4F² DRAM

Como puedes imaginar, expandir el condensador en vertical en vez de hacerlo en horizontal, trae una serie de ventajas para este tipo de memorias:

• Alta densidad: maximiza el número de bits por mm².
• Compatibilidad CMOS: integra fácilmente con procesos estándar, no es necesario modificar la fabricación.
• Eficiencia energética: reduce el consumo durante operaciones de acceso.

No obstante, no todo son ventajas, también hay que tener en cuenta que el escalado del condensador requiere estructuras profundas, con procesos de ataque más severos, además de materiales dieléctricos high-k. Además, se necesitan transistores con muy baja fuga, alta velocidad de conmutación y una alineación perfecta, lo que complica la fotolitografía.

Tabla comparativa de las celdas DRAM

Tipo de celda DRAM	Área (aprox)	Transistores	Aplicación principal
4F² DRAM	Muy compacta	1T1C	DDRx, LPDDR, HBM
6F² DRAM	Mayor área	1T1C	eDRAM en SoCs o GPUs
8F² DRAM	Antiguo diseño	1T1C	DRAM legacy
SRAM (6T)	>100F²	6T	Caché L1/L2

Estado actual de la 4F² DRAM

4F² sigue siendo el estándar dominante en DRAM de alto volumen: DDR5, LPDDR5, GDDR6X, HBM3, etc. Fabricantes como Samsung, SK Hynix y Micron utilizan técnicas como 3D DRAM, condensadores enterrados y materiales de alta k para continuar escalando esta arquitectura. Además, alternativas como MRAM, ReRAM o ZRAM aún no igualan a 4F² en densidad ni coste por bit…

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