Memoria UltraRAM
UltraRAM es una tecnología desarrollada en el Reino Unido por un grupo de investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Lancaster, quienes crearon la firma Quinas Technology Ltd. para hacer de ella un producto comercial.
Este es el equipo Quinas detrás del desarrollo de UltraRAM: James Ashforth-Pook (Director Ejecutivo), Manus Hayne (Director Científico) y Peter Hodgson (Jefe de Tecnología).
El concepto detrás de UltraRAM es fusionar en un único componente el almacenamiento y la memoria RAM. Esta última (Random Access Memory, memoria de acceso aleatorio) se utiliza para cargar a la CPU instrucciones y datos de trabajo mientras la computadora está en funcionamiento.
Esta memoria es vital porque todos los programas y dispositivos realizan tareas de lectura y escritura en ella, pero su problema es que es volátil, es decir que los datos se pierden cuando queda sin energía.
Esto no ocurre, por ejemplo, en los chips de memoria Nand Flash presentes en las unidades de disco SSD que se emplean para almacenamiento de datos, las cuales, a su vez, disponen de un chip de memoria caché que agiliza la lectura y el acceso a los datos.
Las propiedades de los módulos de memoria DRAM y de memoria flash les permiten destacarse en determinados roles, pero los vuelven inadecuados para otros. Los módulos de DRAM son rápidos y se puede rescribir en ellos casi infinitamente sin que sufran degradación, por lo que se los utiliza como memoria de trabajo.
Sin embargo, su costo de producción es relativamente alto. Los módulos de memoria flash, por el contrario, son más lentos pero más baratos de producir, y son usados como medio de almacenamiento de datos.
Si te interesa el proyecto de UltraRAM, puedes seguirlo desde la página oficial de Quinas, https://quinas.tech.
Ya hace décadas que se ha buscado la forma de producir una memoria que combine lo mejor de ambas tecnologías pero sin cargar con las desventajas que estas tienen. La intención es diseñar una memoria rápida y no volátil, que sea extremadamente resistente y que la energía empleada para conmutar los datos (unos y ceros) sea extremadamente baja.
De alcanzar ese objetivo, se la llamaría memoria universal, ya que sería empleada por todo dispositivo electrónico que almacene datos y esto, justamente, es lo que busca el proyecto detrás de UltraRAM.
La tecnología UltraRAM tiene dos pilares para su desarrollo. Uno de ellos es un equipo llamado MBE (Molecular Beam Epitaxy), responsable de depositar con extrema precisión las diferentes capas de material semiconductor utilizadas por la tecnología UltraRAM (antimoniuro de galio, arseniuro de indio y antimoniuro de aluminio, también denominados GaSb, InAs y AlSb, respectivamente).
Otro de los pilares clave es el túnel resonante de triple barrera (TBRT o Triple Barrier Resonant Tunneling). UltraRAM basa su funcionamiento en una carga que almacena datos moviendo electrones dentro o fuera de un sistema según sea necesario representar un valor uno o un cero; este sistema se conoce como puerta flotante.
Un aspecto importante es que el estado de la carga en la puerta flotante se puede leer de manera no destructiva, por lo que no se produce degradación del medio de almacenamiento; la lectura se realiza midiendo la conductancia en un canal subyacente.
La parte final del funcionamiento del módulo de memoria es una barrera que funciona como una especie de cerradura, reteniendo electrones almacenados en la puerta flotante en el proceso de retención de datos. En el momento en que la memoria debe ser escrita o leída, esta barrera es desbloqueada, con lo que se permite que la carga fluya en una estructura de túnel.
Este túnel, al estar bloqueado, es altamente resistivo al paso de los electrones, lo que permite que se almacene información en el módulo de memoria durante un período teórico de más de 1000 años.
Para desbloquear la barrera, se aplica un pequeño voltaje del orden de los 2,5 voltios, de modo que los electrones pueden atravesarla de inmediato.
Este fenómeno de mecánica cuántica es conocido como túnel resonante y permite cambiar el estado lógico de una memoria en forma extremadamente rápida y con muy poca energía. Es así que se obtienen tiempos de lectura de 1 nanosegundo (un nanosegundo es la millonésima parte de un segundo).
Las capas activas de los módulos de UltraRAM se fabrican mediante semiconductores creados con antimoniuro de galio, arseniuro de indio y antimoniuro de aluminio, que se depositan en el propio chip mediante una técnica conocida como epitaxia de haz molecular, que permite que las capas activas solo tengan unas pocas capas atómicas de espesor.
Los materiales empleados en la fabricación de los módulos de UltraRAM son los mismos semiconductores compuestos que se emplean en el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos, como diodos emisores de luz (LED), láseres, fotodiodos y fototransistores.
Pero lo interesante detrás del concepto utilizado en este desarrollo es que la construcción se realiza empleando sustratos de silicio en vez de los clásicos de arseniuro de galio; esto logra reducir el costo de fabricación hasta mil veces.
Una de las particularidades que presenta esta tecnología es que, si bien los módulos de memoria DRAM y los flash basan su construcción en silicio, los de UltraRAM emplean los denominados semiconductores compuestos III-V, de la familia de semiconductores de 6,1 angstrom, lo que permite aprovechar las propiedades eléctricas de dichos materiales.
Los semiconductores III-V son materiales compuestos por uno o más elementos de la columna III de la tabla periódica de Mendeleyev, como boro, galio, aluminio e indio, entre otros, y de la columna V, como arsénico, antimonio, fósforo, y otros.
Como característica más distintiva, estos semiconductores presentan una alta movilidad electrónica y poseen una banda prohibida directa; son muy utilizados en optoelectrónica y electrónica.
Si bien las memorias flash también utilizan una puerta flotante similar a las UtraRAM, usan una barrera de óxido altamente resistiva para retener la carga en la puerta flotante, mientras que la UltraRAM se basa en capas de espesor atómico para crear una estructura capaz de confinar los electrones en un túnel resonante de triple barrera.
Este túnel, en su estado sin polarizar o bloqueado, permite almacenar información, mientras que al recibir la polarización de 2,5 voltios, pasa a un estado de alta conductividad o desbloqueado, lo que configura el módulo para programar o borrar datos.
Equipo empleado para el crecimiento epitaxial por haces moleculares (MBE) para crear las diferentes capas con las que se genera la pila epitaxial del módulo de memoria.
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