¿Qué memoria es tan rápida como la RAM y se comporta como NAND Flash?

El paradigma ideal de cara al almacenamiento sería tener una memoria tan rápida como la RAM, pero al mismo tiempo que esta no fuera volátil. Dicha memoria existe y es la FeRAM. ¿Por qué no la vemos en nuestros PC y en que ámbitos del hardware se utiliza este tipo de memoria? Os lo explicamos en este artículo, así como su funcionamiento.

El concepto de FeRAM no es nuevo y lleva varias décadas entre nosotros, no obstante por su naturaleza siempre es nombrada como una alternativa a la memoria convencional, sin embargo, si miramos los mapas de ruta veremos que no aparece por ningún lado. ¿Se trata de un concepto de ciencia ficción?

¿Qué es la FeRAM?

Memoria Ferroeléctrica

La FeRAM o RAM Ferroeléctrica es un sistema de memoria no volátil y que, por tanto, no pierde la información que contiene una vez que le cortamos el suministro de electricidad a la misma. Por lo que en este aspecto funciona igual que las memorias del tipo flash. No obstante su composición es diferente al estar compuesta cada célula de un condensador ferroeléctrico combinado con un transistor, la cual llamamos 1T-1C (un transistor, un condensador) por lo que tiene una estructura muy similar a la DRAM.

Las memorias NAND Flash convencionales utilizan una capa dieléctrica para poder mantener los datos incluso cuando dejan de funcionar, mientras que la FeRAM hace uso de una capa ferroeléctrica a la que le deben el nombre. Por lo que se trata de una de las alternativas más potentes a los sistemas de almacenamiento basados en NAND Flash.

¿Qué ventajas trae?

Alunizaje

Al ser una memoria no volátil lo que nos interesa es saber cómo se compara con la NAND Flash, la cual es usada en todos los dispositivos de almacenamiento basados en memorias no volátiles, desde tarjetas de memoria hasta unidades SSD NVMe M.2.

Su principal ventaja es su velocidad de escritura, mientras que las memorias flash se mueven en el orden de milisegundos, la FeRAM se puede mover en cientos de nanosegundos, siendo una orden de magnitud más rápidas. Hemos de tener en cuenta que en cualquier memoria la velocidad de escritura será siempre menor, pero es que en el caso que nos ocupa las lecturas y escrituras son igual de rápidas. Es más, el motivo por el cual no recibe el nombre de FeFlash es por el hecho que es lo suficientemente rápida como para funcionar a ciertos niveles como memoria RAM.

Adicionalmente, tiene una enorme duración, ni más ni menos que 1014 ciclos de lectura o escritura, mucho más que cualquier memoria NAND Flash del mercado. Por lo que es ideal para ser utilizad en aplicaciones donde el acceso a los datos es continuo e incesante por parte del procesador y soporta niveles de radiación mucho más altos que la memoria convencional, por lo que es utilizada por las agencias espaciales de todo el mundo para los sistemas de información de sus satélites artificiales y vuelos tripulados.

¿Cuáles son sus desventajas?

Pues almacenar mucha menos información que la NAND Flash convencional, lo cual no la hace ideal para sustituirla a largo plazo. No olvidemos que la memoria de las unidades de estado sólido cuenta con la ventaja de poder contar con celdas de 1, 2, 3, 4 y en un futuro de 5 bits. En comparación la densidad de información que puede almacenar la FeRAM es mucho menor y eso lleva a un mayor coste por bit almacenado.

Es más, la FeRAM cuesta de fabricar varios cientos de veces más que la memoria usada para las memorias no volátiles en los PC, esto es debido a que hace uso de materiales que no son estándares y requieren de metodologías de fabricación propias que encarecen la producción e impiden que tengamos grandes bloques de FeRAM. Si se pudiese entonces no estaríamos hablando de memoria flash.

¿Reemplazará a la RAM?

Modulo RAM portada

Debido a que la estructura y funcionamiento básico de la DRAM y la FeRAM son similares, se espera que la FeRAM a medida que pase el tiempo alcance las velocidades de la DRAM con la misma capacidad de almacenamiento, ancho de banda, pero con la ventaja de que los datos serán persistentes.

Por lo que dentro de la jerarquía de memoria, llegado a un punto, la FeRAM se colocaría mucho más cercana al procesador que un SSD NVMe. No obstante una apuesta es como memoria de solo lectura de gran tamaño. No olvidemos que los primeros ordenadores solían contener una ROM donde se almacenaba el sistema operativo por la lentitud de los sistemas de almacenamiento. El hecho de tener el sistema operativo y otros elementos cruciales en una memoria no volátil de alta velocidad supone un aumento en el rendimiento enorme, ya que las aplicaciones en PC no paran de hacer llamadas al sistema operativo para ciertas funciones.

No obstante, debido a su alto coste esta tiene todavía una menor densidad incluso que la DRAM convencional, lo que ha provocado que nunca sea capaz de reemplazar las memorias RAM convencionales y su aplicación se encuentre en la actualidad fuera del mundo del PC en todas sus vertientes.

¿Dónde se usa la FeRAM?

SmartCard FeRAM

No obstante no encontramos la FeRAM por ningún lado, no la podemos ver en nuestros PC y es que su uso se ha llevado a cabo en otros mercados. Los cuales solemos pasar por alto cuando hablamos de hardware, pero que utilizamos todos nosotros en el día a día y con ello estoy hablando de las llamadas Smart Cards que utilizan RAM ferroeléctrica para almacenar la información. Por lo que las Smart Cards y la FeRAM están estrechamente relacionadas, no olvidemos que estas se utilizan para cosas como tarjetas SIM en teléfonos móviles, para la acreditación en hoteles u oficinas, así como en tarjetas de crédito o débito.

Uso en microcontroladores

microcontrolador FeRAM

Otra de las aplicaciones es en los microcontroladores que se usan en los electrodomésticos habitualmente, por su naturaleza la FeRAM puede reemplazar la RAM, la ROM y la EEPROM empleada en este tipo de dispositivos. Al concentrar todas las funciones en una misma memoria se ahorra no solo espacio sino también que se simplifican las interfaces y se hace todo mucho más fácil para el programador. Como curiosidad, muchas radios digitales incluidas en los coches usan microcontroladores FeRAM con tal de conseguir un arranque inmediato y almacenar las emisoras.

La última aplicación tiene que ver con las llamadas cajas negras, las cuales almacenan a tiempo real la información de un vehículo y permite saber en caso de siniestro como este ha sido manejado. Como se puede ver, la FeRAM se encuentra presente en varios ámbitos del día a día en los que el hardware está implicado, pero en principio no se encuentran en nuestros PC.

Reproducciones de Cartuchos retro

FeRAM Cartucho Repro

Otro de los elementos donde podemos ver utilizada la memoria FeRAM es en las reproducciones de cartuchos de consolas antiguas. Las cuales están pensadas para ser usadas como reemplazo a los originales y pueden interactuar a las velocidades y tiempos especificados por el hardware original. Este tipo de memoria es mucho más rápida que la NAND Flash que en muchos casos puede llegar a dar problemas de sincronización.

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