Memoria de acceso aleatorio resistiva (ReRAM), ¿qué es y cómo funciona?

Memoria de acceso aleatorio resistiva (ReRAM), ¿qué es y cómo funciona?

Rodrigo Alonso

Allá por el año 2013 el fabricante Crossbar anunció la producción de los primeros chips ReRAM, también conocidos como RRAM o memoria RAM resistiva, con los cuales prometían un rendimiento hasta 100 veces superior al de la memoria RAM tradicional de aquel entonces. En este artículo te vamos a contar qué es la ReRAM, cómo funciona con respecto a la memoria tradicional que todos utilizamos ahora y qué ha pasado con ella para que se haya quedado estancada.

Como bien sabéis, que la tecnología actual vaya evolucionando y mejorando su eficiencia y rendimiento no significa que no se estén explorando alternativas que puedan cambiar completamente el hardware tal y como lo conocemos. Una de estas alternativas es la memoria resistiva, que combina las ventajas de las memorias NAND y DRAM en un solo producto ofreciendo unas notables mejoras de rendimiento pero que, por algún motivo, no ha llegado a implantarse en el mercado.

¿Qué es la memoria ReRAM, RRAM o memoria resistiva?

La memoria ReRAM es un tipo de memoria no volátil (y esta es una de las diferencias con respecto a la RAM habitual, que es volátil y eso significa que cuando deja de recibir energía se pierden los datos que contenía) que combina, como hemos dicho antes, las ventajas de las memorias DRAM y NAND en un solo producto. Está conformada por tres capas: una superior (electrodo metálico), una inferior (electrodo no metálico) y una central que actúa como si fuera un interruptor que determina el bit que se está almacenando (unos y ceros, siendo un 1 conectado y un 0 no conectado).

Memoria ReRAM

La RRAM funciona cambiando la resistencia utilizando un material dieléctrico en estado sólido al que también se conoce como memristencia, de un modo parecido a la memoria CBRAM (RAM de puente conductor) y PCM (memoria de cambio de fase).

El funcionamiento de la ReRAM es distinto a como funciona la memoria NAND o la memoria RAM. A diferencia de la memoria NAND, esta tecnología no utiliza transistores para almacenar la carga sino que en su lugar se utiliza un diseño por capas para almacenar los datos. Una célula RRAM tiene tres capas con un dieléctrico en el medio que determina si la célula está almacenando un cero o un uno.

Memoria ReRAM

La capa superior tiene un electrodo metálico mientras que la capa inferior tiene un electrodo no metálico, así que la capa superior es capaz de ceder iones metálicos a la capa inferior creando un filamento conductor entre ambos electrodos cuando el dieléctrico lo permite, y así es como cambia de estado entre uno y otro valor de almacenamiento de datos.

Este tipo de memoria simplifica enormemente la complejidad de la controladora, por lo que es además mucho más barata de fabricar al utilizar materiales muy comunes, no estar conformada por transistores (lo que a su vez simplifica su diseño) y tener un menor consumo (hasta 20 veces menos que la NAND), con mayor longevidad (10 veces más que la NAND) y además con la posibilidad de apilarla para aumentar mucho la densidad.

Además, una de las principales ventajas a nivel de diseño de esta tecnología es que el nivel de tensión requerido es inferior a otras tecnologías, por lo que se reduce el consumo y se hace muy atractiva para sistemas de bajo consumo o potencia. La lectura de la memoria es resistiva como su nombre indica, lo cual también simplifica el circuito de lectura de las celdas de memoria.

¿Por qué esta memoria no se ha implantado en el mercado?

Como hemos visto, la memoria ReRAM parece plantear solo ventajas y ningún inconveniente, ya que tiene mejor rendimiento, menor consumo y además es más barata de fabricar. Dicho esto, es inevitable preguntarse entonces qué está pasando para que no se haya implantado ya en el mercado, y para contestar a esta pregunta debemos echar la vista atrás para conocer la historia de su desarrollo.

En el año 2012, Rambus adquirió una empresa de RRAM llamada Unity Semiconductor; Panasonic lanzó un kit de evaluación en el mismo año para que los fabricantes pudieran probar sus características, pero no fue hasta que en 2013 Crossbar introdujo el primer prototipo con forma de estampita capaz de almacenar 1 TB de información (y recordad que esto era en 2013, cuando 1 TB de almacenamiento era una barbaridad) que empezó a cobrar importancia y a acaparar el interés de los fabricantes. La compañía anunció que ya tenían planteada la producción en masa de esta memoria para 2015.

El problema radica en que los fabricantes parecen no ponerse de acuerdo en cuál es la mejor combinación de materiales para fabricar este tipo de memoria. El kit de evaluación inicial de Panasonic utilizaba óxido de tántalo 1T1R (1 transistor – 1 resistor) como arquitectura de las células de memoria, mientras que el prototipo de Crossbar empleaba una estructura de memoria con Ag/a-Si-Si que se parecía a una CBRAM pero basada en plata. Desde entonces hemos visto bastantes prototipos de ReRAM basados en distintos materiales eléctricos, desde perovskitas (PCMO), óxidos metálicos de transición (NiO o TiO2) hasta calcogenuros de cambio de fase (Ge2Db2Te5).

Por ahora se sigue discutiendo la terminología y la aplicabilidad de un memristor a cualquier dispositivo físico. Aún se disputa si los elementos de conmutación resistiva RRAM están cubiertos por la teoría actual de los memristores, y a esto hay que sumar que no son pocas las empresas que todavía siguen desarrollando su ingeniería, por lo que en resumidas cuentas, todavía ninguna compañía ha presentado un modelo definitivo y que pueda comenzar a fabricarse en masa para una utilización en dispositivos reales.

A pesar de que esta tecnología se anticipa como un posible reemplazo de la memoria Flash (no de la RAM), el costo / beneficio y el rendimiento de producción de la ReRAM no se ha demostrado a las compañías como para que se planteen el hacer un cambio o comiencen su producción en masa. Hay una larga lista de materiales, como hemos dicho, que se pueden utilizar para fabricar este tipo de memoria, y como cada poco tiempo se suceden los descubrimientos de nuevas tecnologías o materiales para ello, por ahora no se han puesto de acuerdo y, por ello, aún no se fabrica.