MEMORIAS USADAS ACTUALMENTE Y A FUTURO PARA SISTEMAS INFORMÁTICOS.

Msc. Ing. Jairo E. Márquez D.

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Introducción

La memoria de un computador o cualquier dispositivo que efectúe algún tipo de cálculo que requiera almacenar temporal o permanentemente información, es un elemento o pieza lógica y física fundamental; pues para el caso que nos ocupa, un sistema computacional, implica el almacenamiento de información en un tiempo determinado. La memoria está relacionada directamente con los procesadores de un equipo de cómputo, pues su gestión de información se hace con estos, al igual que con los diversos dispositivos de entrada y salida.

Actualmente los sistemas de memoria, se han diversificado y a futuro, gracias a la nanotecnología, sus cambios serán radicales, pasando de un almacenamiento molecular a uno de carácter atómico y cuántico. Existen diferentes formas de almacenamiento, el analógico y el de estado sólido (como la RAM, que es la más representativa), otras veces, se hace referencia a las formas de almacenamiento masivo, tales como los discos ópticos de diversa longitud de onda (CD, DVD, con sus diversas variantes, los Blue Ray), y tipos de almacenamiento magnético, como son los discos duros y otros dispositivos más lentos que las memorias de estado sólido, pero de naturaleza permanente.

Jerarquía de la memoria

La memoria de un computador está dividida jerárquicamente, cuyo fundamento radica principalmente en el almacenamiento y el tiempo de lectura escritura, sumado a la tecnología de acceso y lectura, tal como se muestra en las figuras de la siguiente página.

En primera instancia están los registros, se caracteriza porque es una memoria de alta velocidad y poca capacidad; el cual está integrado en el microprocesador del equipo de cómputo, que guarda transitoriamente la información. Los registros están de primero en la jerarquía de memoria, ya que estos son la manera más rápida para almacenar datos en ele sistema. Los registros se miden bien sea por el número de bits que almacenan; por ejemplo, un "registro de 8 bits" o por un "registro de 32 bits".

Los registros generalmente se implementan en un banco de registros, es decir, existe diversos tipos de registros, así:

1. Registros de datos: Se usan para guardar números enteros. Poco usado. 2. Registros de memoria: se usan para guardar exclusivamente direcciones de

memoria. Se emplean en arquitectura de computadores tipo Harvard. 3. Registros de propósito general: Permiten guardar datos como direcciones.

La mayoría de sistemas de cómputo actual los emplean. 4. Registros de coma flotante: se emplean para guardar datos en formato de

coma flotante. Los servidores de tipo general y los de altas prestaciones, así como las supercomputadoras, basan su desempeño en este tipo de registro.

5. Registros constantes: Se crean a partir de valores por hardware de sólo lectura. No es modificable.

6. Registros de propósito específico: su función es guardar información específica del estado del sistema tanto de hardware como del propio sistema operativo nativo, al igual que verifica los punteros de pila o el registro de estado de procesos.

En segundo lugar se encuentra la memoria primaria; la cual está conectada directamente con los procesadores del equipo, por lo que el tiempo de ejecución es extremadamente rápido. Cabe agregar que esta memoria tiene relación directa con el sistema operativo, pues los registros, direcciones de memoria y memoria virtual, al igual que los diversos algoritmos que se requieren para gestionar las tareas o procesos que se cargan a la memoria son clave para un buen funcionamiento del equipo.

Fuente. Estructura de Acceso Directo a Memoria (DMA) (M). Consultado el 11 de marzo de 2017, https://chsos20122910022.wordpress.com/2012/08/30/estructura-de-acceso-directo-a-memoria-dma-m/

Existen otras memorias que se ubican más internamente en el equipo, y son las memorias caché. Se caracterizan por que son de muy alta velocidad entre 10 y 100 más rápidas que la memoria primaria. Estas memorias están relacionadas directamente con los procesadores y buses que los interconectan según la arquitectura de estos. Por ejemplo, Intel y AMD manejan arquitecturas de caché diferentes, aunque trabajan con cachés de tipo L1, L2 y L3, sus velocidades difieren un poco, al igual que en la forma de gestionar la información intra-procesador e inter-procesadores.

Cabe aclarar que las memorias caché son mucho más rápidas, pero de mucho menor capacidad para el almacenamiento de la información.

Como se aprecia en la siguiente figura, la tasa de velocidades es notoriamente diferente según el tipo de memoria utilizado.

Fuente. https://chsos20122910022.wordpress.com/2012/08/30/estructura-de-acceso-directo-a-memoria-dma-m/

La memoria secundaria requiere de unos conectores llamados buses, que permiten el acceso y almacenamiento de la información, al igual que el flujo de datos entre ésta y la memoria primaria. Esta información permanece en esta memoria aun si el equipo se encuentra apagado. La memoria virtual hace uso de esta memoria para ejecutar procesos en su tabla de paginación, máxime cuando la RAM requiere de más recursos para cargar más procesos que exige el sistema operativo.

La memoria secundaria dispone de mayor capacidad de almacenamiento, pero es mucho más lenta que la memoria principal, cerca de 106 de veces. Es por ello que la memoria virtual es mucho más lenta que la memoria principal, por lo que no es raro presenciar la ralentización del sistema operativo.

La memoria terciaria, normalmente se clasifica en este contexto, a todos los dispositivos que se conectan de manera externa al computador para almacenar y/o acceder a la información desde el sistema operativo del computador. Ejemplo

de ello son: las memorias flash, los discos duros USB, discos ópticos, memorias USB.

En esta misma línea se habla del almacenamiento en red, que ha venido tomando fuerza desde hace algunos años, en pro del beneficio de subir información y acceder a la misma a través de internet o una red informática en general. Si vemos este servicio como cliente servidor, el almacenamiento es de carácter terciario. Pero si lo vemos como servidor – cliente, el almacenamiento es de carácter secundario.

La arquitectura cliente-servidor es un modelo de aplicación distribuida en el que las tareas se reparten entre los proveedores de recursos o servicios, llamados servidores, y los demandantes, llamados clientes. Tomado de: cliente servidor (8 de sep. De 2013), recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Cliente-servidor.

Memoria Volátil, no volátil y dinámica

Las memorias también suelen ser clasificadas en función de su almacenamiento en estado off –on en el que se encuentre el computador. Es decir.

- Volátil: esta memoria requiere de alimentación de energía eléctrica para garantizar que la información se está almacenando. Normalmente se emplea en la memoria primaria o RAM. Una vez que se interrumpe la energía, la información se pierde.

- No volátil: es lo opuesto a la anterior, la información puede estar resguardada con o sin fluido de energía eléctrica. Un ejemplo claro al respecto, es la memoria ROM, presente en las memorias secundarias y terciarias.

- Dinámica: es un tipo de memoria volátil que requiere que el sistema refresque de manera periódica la información almacenada, bien sea para leerla o reescribirla sin modificación alguna.

Memoria RAM

Iniciamos hablamos con la memoria RAM, cuyas siglas hacen referencia a Random Access Memory, un tipo de memoria a la que se puede acceder de forma aleatoria, es decir que se puede acceder a cualquier byte de la memoria sin pasar por los bytes precedentes. Existen diferentes tipos de memoria, pero los tipos de memoria RAM son los más comunes en las computadoras y otros dispositivos electrónicos.

Tomado de https://techinsider.ro/stiri/microsoft/windows/windows-7-ram-maxim-per-versiune-64-bit/

Tipos de memoria RAM

− DRAM (Dynamic RAM) − VRAM (Vídeo RAM) − SRAM (Static RAM) − FPM (Fast Page Mode) − EDO (Extended Data Output) − BEDO (Burst EDO) − SDRAM (Synchronous DRAM) − DDR SDRAM ó SDRAM II (Double Data Rate SDRAM) − PB SRAM (Pipeline Burst SRAM) − RAMBUS

− ENCAPSULADOS − SIMM (Single In line Memory Module) − DIMM (Dual In line Memory Module) − DIP (Dual In line Package) − Memoria Caché ó RAM Caché − RAM Disk

Existen dos tipos de memoria RAM:

1. DRAM (Dynamic RAM), RAM dinámica 2. SRAM (Static RAM), RAM estática

La diferencia entre estos dos tipos de memoria RAM es que utilizan una tecnología diferente para almacenar los datos.

La RAM dinámica necesita ser refrescada cientos de veces por segundo, mientras que la RAM estática no necesita ser refrescada tan frecuentemente, lo que la hace más rápida, pero también más cara que la RAM dinámica. Ambos tipos son volátiles, lo que significa que pueden perder su contenido cuando se desconectan de la alimentación.

La memoria RAM es sinónimo de memoria principal, es aquella memoria disponible para programas.

La memoria ROM (Read Only Memory) es aquella memoria que se utiliza para almacenar los programas que realizan las tareas de arranque del ordenador y de diagnósticos.

Ambos tipos de memoria (RAM y ROM) permiten el acceso aleatorio, sin embargo, la memoria RAM es una memoria de lectura y escritura, y la memoria ROM es una memoria de solo lectura.

DRAM [1]

DRAM (Dynamic Random Access Memory) es un tipo de memoria dinámica de acceso aleatorio que se usa principalmente en los módulos de memoria RAM y en otros dispositivos, como memoria principal del sistema. Se denomina dinámica, ya que para mantener almacenado un dato, se requiere revisar el mismo y recargarlo, cada cierto período, en un ciclo de refresco. Su principal ventaja es la posibilidad de construir memorias con una gran densidad de posiciones y que todavía funcionen a una velocidad alta: en la actualidad se fabrican integrados con millones de posiciones y velocidades de acceso medidos en millones de bit por segundo. Es una memoria volátil, es decir cuando no hay alimentación eléctrica, la

memoria no guarda la información. Inventada a finales de los sesenta, es una de las memorias más usadas en la actualidad.

Memoria DRAM estándar, desde el año 2011 aproximadamente, surge una nueva generación de memoria DRAM para dispositivos móviles y Tablet, acelerando la transmisión de datos a velocidades de 12,8 GBps.

La celda de memoria es la unidad básica de cualquier memoria, capaz de almacenar un Bit en los sistemas digitales. La construcción de la celda define el funcionamiento de la misma, en el caso de la DRAM moderna, consiste en un transistor de efecto de campo y un condensador. El principio de funcionamiento básico, es sencillo: una carga se almacena en el condensador significando un 1 y sin carga un 0. El transistor funciona como un interruptor que conecta y desconecta al condensador. Este mecanismo puede implementarse con dispositivos discretos y de hecho muchas memorias anteriores a la época de los semiconductores, se basaban en arreglos de celdas transistor-condensador.

Las celdas en cualquier sistema de memoria, se organizan en la forma de matrices de dos dimensiones, a las cuales se accede por medio de las filas y las columnas. En la DRAM estas estructuras contienen millones de celdas y se fabrican sobre la superficie de la pastilla de silicio formando áreas que son visibles a simple vista. En el ejemplo tenemos un arreglo de 4x4 celdas, en el cual las líneas horizontales conectadas a las compuertas de los transistores son las llamadas filas y las líneas verticales conectadas a los canales de los FET son las columnas.

Para acceder a una posición de memoria se necesita una dirección de 4 bits, pero en las DRAM las direcciones están multiplexadas en tiempo, es decir se envían

por mitades. Las entradas marcadas como a0 y a1 son el bus de direcciones y por el mismo entra la dirección de la fila y después la de la columna. Las direcciones se diferencian por medio de señales de sincronización llamadas RAS (del inglés Row Address Strobe) y CAS (Column Address Strobe) que indican la entrada de cada parte de la dirección.

Los pasos principales para una lectura son:

Las columnas son precargadas a un voltaje igual a la mitad del voltaje de 1 lógico. Esto es posible ya que las líneas se comportan como grandes condensadores, dada su longitud tienen un valor más alto que la de los condensadores en las celdas.

La memoria RAM, pertenece a la parte de lo que se llama el Hardware del dispositivo. Además se las pueden encontrar en las computadoras, celulares, tablets, consolas de videojuegos, etc. Sus partes constituyentes tal como indican las figuras están compuesta por chips de memoria.

Una fila es energizada por medio del decodificador de filas que recibe la dirección y la señal de RAS. Esto hace que los transistores conectados a una fila conduzcan y permitiendo la conexión eléctrica entre las líneas de columna y una fila de condensadores. El efecto es el mismo que se produce al conectar dos condensadores, uno cargado y otro de carga desconocida: se produce un balance de que deja a los dos con un voltaje muy similar, compartiendo las cargas. El resultado final depende del valor de carga en el condensador de la celda conectada a cada columna. El cambio es pequeño, ya que la línea de columna es un condensador más grande que el de la celda.

El cambio es medido y amplificado por una sección que contiene circuitos de realimentación positiva: si el valor a medir es menor que la mitad del voltaje de 1 lógico, la salida será un 0, si es mayor, la salida se regenera a un 1. Funciona como un redondeo.

La lectura se realiza en todas las posiciones de una fila de manera que al llegar la segunda parte de la dirección, se decide cual es la celda deseada. Esto sucede con la señal CAS. El dato es entregado al bus de datos por medio de la lineo D.O. y las celdas involucradas en el proceso son reescritas, ya que la lectura de la DRAM es destructiva.

La escritura en una posición de memoria tiene un proceso similar al de arriba, pero en lugar de leer el valor, la línea de columna es llevada a un valor indicado por la línea D.I. y el condensador es cargado o descargado. El flujo del dato es mostrado con una línea gruesa en el gráfico.

A-RAM

A-RAM (Advanced-Random Access Memory) es un tipo de memoria DRAM basada en celdas de un solo transistor. Esta tecnología ha sido inventada en la Universidad de Granada (España) en colaboración con el Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS (Francia).

La memoria A-RAM, a diferencia de las memorias DRAM convencionales, no necesita de ningún elemento extrínseco de almacenamiento de la información (condensador de almacenamiento). Cada bit se almacena en un transistor especialmente diseñado. A medida que la tecnología de circuitos semiconductores evolucione hacia nodos por debajo de los 45nm [2], es de esperar que la tecnología convencional de almacenamiento no-volátil DRAM encuentre muy limitada su capacidad de escalado. Alternativamente se han propuesto nuevos conceptos de memoria basados en los efectos de cuerpo flotante de los transistores de silicio-sobre-aislante (Silicon-on-insulator). Estas memorias conocidas como memorias de un solo transistor (1T-DRAM) incluyen a las tecnologías A-RAM, TT-RAM y Z-RAM [3].

DDR SDRAM [4]

En informática, DDR (del inglés double data rate, en español «doble tasa de transferencia de datos») es una tecnología que permite a ciertos módulos de

memoria RAM compuestos por memorias síncronas (SDRAM), disponibles en encapsulado DIMM, la capacidad de transferir simultáneamente datos por dos canales distintos en un mismo ciclo de reloj. Los módulos DDR soportan una capacidad máxima de 1 GiB (1 073 741 824 bytes).

Módulo de memoria DDR. Tomado de: http://pcinformations.blogspot.com.co/

Fueron primero adoptadas de sistemas equipados con procesadores AMD Athlon. Intel con su Pentium 4 en un principio utilizó únicamente memorias RAMBUS, más costosas. Ante el avance en ventas y buen rendimiento de los sistemas AMD basados en DDR SDRAM, Intel se vio obligado a cambiar su estrategia y utilizar memoria DDR, lo que le permitió competir en precio. Son compatibles con los procesadores de Intel Pentium 4 que disponen de un front-side bus de 64 bits de datos y frecuencias de reloj internas que van desde los 200 a los 400 MHz.

Comparación gráfica entre memorias DDR, DDR2 y DDR3 para estaciones de trabajo.

Se utiliza la nomenclatura PC-XXXX, dónde se indica el ancho de banda del módulo y pueden transferir un volumen de información de 8 bytes en cada ciclo de reloj a las frecuencias descritas. Un ejemplo de cálculo para PC1600:

100 MHz x 2 datos por ciclo x 8 B = 1600 MB/s = 1 600 000 000 bytes por segundo

Muchas placas base permiten utilizar estas memorias en dos modos de trabajo distintos:

Single memory channel: todos los módulos de memoria intercambian información con el bus a través de un solo canal, para ello sólo es necesario introducir todos los módulos DIMM en el mismo banco de slots.

Dual memory channel: se reparten los módulos de memoria entre los dos bancos de ranuras diferenciados en la placa base, y pueden intercambiar datos con el bus a través de dos canales simultáneos, uno para cada banco.

Comparación gráfica entre memorias DDR, DDR2 y DDR3 para computadoras portátiles.

DDR4 es una evolución sobre DDR3 que ofrece mayor rendimiento, mayor densidad, mayor fiabilidad y otras novedades de arquitectura, tales como un

consumo inferior al de DDR3. Fue lanzada en el año 2014 en conjunto con los chipsets y board compatibles. Para el año 2015, los teléfonos móviles ya disponían de este tipo de memoria en su hardware.

Entre los inconvenientes conviene señalar la pérdida de compatibilidad con estándares de memoria anteriores porque son distintas a nivel de pin, lo que obliga a cambiar la placa base. Esto es un factor para cualquier implementación de memorias RAM, no todas las actualizaciones van a funcionar o van a ser compatibles con la board del equipo de cómputo.

DDR4 contra DDR3 – Características [5]

La norma DDR4 contempla frecuencias de trabajo un 30% superior a DDR3. Si la frecuencia máxima de trabajo de éstas es de 2.133 MHz, en DDR4 se eleva a 3.200 MHz. Velocidades teóricas porque unas y otras pueden funcionar a mayores frecuencias mediante overclocking e incluso ya hay oferta “de serie” en DDR4 con kits hasta 3.600 MHz y en módulos simples a 4.266 MHz.

Con ello, el ratio de operaciones I/O capaces de realizar también es superior a DDR3, hasta 4266 MT/s, en valores que han ido subiendo desde el original DDR.

La memoria DDR4 permite versiones de alimentación de 1,35, 1,2, 1,1 y 1,05 voltios. Inferior a los 1,5 – 1,35 voltios estándar de DDR3 lo que permite rebajar el consumo y permite aumentar la frecuencia a menores voltajes, manteniendo la estabilidad. Además, LPDDR4 para dispositivos móviles/portátiles ha diseñado específicamente para permitir un funcionamiento eficiente de la potencia en una amplia gama de frecuencias, para rebajar aún más el consumo final y mejorar la autonomía.

Los módulos de memoria DDR4 SDRAM constante de 288 pines DIMM, con una velocidad de datos por pin, que va de un mínimo de 1,6 GT/s hasta un máximo

estimado de 3,2 GT/s, esto hace que dispongan de un gran ancho de banda en comparación con las versiones anteriores.

Fuente. Board diseñada bajo el esquema de memoria DDR4 https://www.techpowerup.com/forums/threads/corsair-releases-dominator-platinum-ddr4-3400mhz-memory-kits.210965/

También destacado el límite máximo de la capacidad de memoria que podemos instalar en una sola placa. Si DDR3 el máximo teórico es de 128 GB, con DDR4 se puede instalar hasta 512 Gbytes gracias a la mejora de la densidad de 4 a 8 Gigabit. Esto solo está reservado a grandes estaciones de trabajo profesionales.

DDR4 permite a los dispositivos tener operaciones independientes de activación, escritura, lectura o refresco de la información, y todas esas operaciones serán autónomas según los grupos con bancos de memoria, algo que mejora -teóricamente- la eficiencia y el rendimiento de este desarrollo.

DDR4 contra DDR3 – Rendimiento

DDR4 hizo su aparición en el despliegue de los microprocesadores Haswell-E para equipos de sobremesa. A pesar de todas sus ventajas, pruebas independientes de especialistas como Anantech en aplicaciones reales, revelaron que la ventaja en rendimiento frente a DDR3 es apenas de unas décimas.

Memorias DDR4. Fuente: http://www.muycomputer.com/2016/05/18/memorias-ddr4-gskill

La llegada al mercado de los Intel Skylake, trajo otra plataforma con soporte a DDR4. Nuevas pruebas revelaron algo más de diferencia sobre todo en algunas aplicaciones profesionales. Pero fueron mínimas, no en todas las aplicaciones y con un beneficio poco apreciable en el caso de ejecución de videojuegos cuando se utilizó DDR4 o DDR3 en el mismo equipo.

DDR4 contra DDR3 – Precio

Como en toda nueva tecnología que emerge, el precio de módulos y kits DDR4 es superior al de DDR3, en una media del 20-25% en módulos con frecuencias moderadas a 2.100 – 2.400 MHz, pero el precio baja muy rápido.

Cabe recalcar que el mayor precio de las memorias DDR4 no es lo único que debe preocupar al usuario sino la necesidad de adquirir una nueva placa base por la incompatibilidad con las anteriores. Hay placas que ofrecen soporte para ambas (especialmente en portátiles). Podría ser una solución para una parte de usuarios que quieran actualizar conservando sus módulos DDR3 actuales.

En el año 2016 salió al mercado la memoria RAM DDR4 de 128 GB, que consta de un conjunto de 8 módulos de 16 GB cada uno (8x16GB = 128GB) de la serie Ripjaws V, unas memorias que funcionan con la velocidad de 3000MHz y un voltaje de 1.35V y cuentan con una latencia de 14-14-14-34.

Tomado de. https://planetared.com/2016/01/gskill-muestra-sus-nuevas-memoria-ram-ddr4-de-128-gb/

Existe otra memoria cuya principal diferencia se encuentra en el aumento de la frecuencia de reloj con la que trabaja, que el caso de nuevo kit de memorias alcanza los 3200MHz, con una latencia CL14-14-14-34.

Una comparación de los conjuntos de chips de memoria RAM que se pueden encontrar en los ordenadores de hoy en día, incluyendo SDR, DDR, DDR2 y DDR3 módulos futuros:

Fuente.https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-DDR-DDR2-DDR3-and-DDR4-RAM

DDR5

Es el nuevo estándar de memoria RAM que sustituye a la memoria DDR4. Primero se emplea en servidores, y luego a los consumidores un el año 2018 aproximadamente. Los módulos DDR5 son alrededor de un 20% más eficiente y permiten configuraciones del doble de capacidad que la DDR4, de los cuales ya existen módulos de 128 GB.

Tomado de https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-DDR-DDR2-DDR3-and-DDR4-RAM

La memoria DDR5 arregla algunas limitaciones de la memoria DDR4, en cuanto a los requerimientos que tienen varios videojuegos de hoy y a futuro, en cuanto al uso de la realidad virtual o pantallas 4K, que junto a la memoria GDDR de las tarjetas gráficas, va a permitir procesar gran cantidad de información.

Un ejemplo de este tipo de memoria es la tarjeta de video Radeon Hd 6850 1 Gb Gddr5. Sus características técnicas son:

- GPU 960 Stream Processors - 40 nm - 775 MHz Reloj del GPU - Interfaz PCI-Express 2.1 - Memoria 256 bit Bus de Memoria - GDDR5 Tipo de Memoria - Tamaño 1 GB - Soporte BIOS Legacy BIOS - Pantallas Máxima 4 Salidas - Salidas 1 x DVI-I - 1 x DVI-D - 1 x HDMI

1 x DisplayPort - Resolución - API OpenGL® 4.1 - DirectX® 11 - Shader Model 5.0 - Características Tecnología AMD CrossFire - Tecnología AMD Eyefinity - Tecnología AMD HD3D - Enfriamiento Active Cooling - Formato 2 ranuras ocupadas - Consumo Energético - Sistema Operativo - Requerimientos del Sistema 500 Watt Fuente de Alimentación (Sugerido) - 1024 MB mínimo de memoria - 1 x Conector de Alimentación AUX de 6-pines - 2 x Conector de Alimentación AUX de 6-pines se requiere para un sistema

CrossFireX? - Un reproductor de CD-ROM or DVD-ROM para instarlar el software - Se requiere una PC con una ranura PCI Express® X16 disponible en el

motherboard.

GDDR6

Este tipo de memoria para tarjetas gráficas está siendo desarrollado por Micron y Samsung, y llegará al mercado en el 2018. Ofrece anchos de banda de 16 Gbps,

frente a los 10 de la GDDR5X actual. Además, van a consumir un 20% menos de energía.

HBM3

Todavía no está disponible en el mercado la memoria HBM2 de AMD, que muy probablemente estrenen las nuevas GPU Vega de AMD este año cuando sean presentadas. La HBM3 no llegará hasta 2019 o 2020, y el primero en hacer uso de estas memorias será AMD, en su arquitectura Navi. Este tipo de memoria ofrecerá el doble de densidad de memoria en el mismo espacio con respecto a HBM2, y además duplicará el ancho de banda, con lo que el consumo de energía se reduce.

La propuesta de esta arquitectura a diferencia de la GDDR, es de tipo vertical tal como se muestra en las figuras.

Fuente. http://www.pcworld.com/article/2922599/amd-talks-up-high-bandwidth-memory-that-will-power-its-next-gpus-pokes-nvidia-too.html

SIPP: Es el acrónimo inglés de Single In-line Pin Package (Paquete de Pines en Línea Simple).

Consiste en un circuito impreso (también llamado módulo) en el que se montan varios chips de memoria RAM, con una disposición de pines correlativa (de ahí su nombre). Tiene un total de 30 pines a lo largo del borde del circuito, que encajan con las ranuras o bancos de conexión de memoria de la placa base del ordenador, y proporciona 8 bits por módulo. Se usó en sistemas 80286 y fueron reemplazadas por las SIMM, más fáciles de instalar y que proporcionan 8 o 32 bits por módulo (según si son de 30 o de 72 contactos).

SIMM: (siglas de Single In-line Memory Module), Es un formato para módulos de memoria RAM que consisten en placas de circuito impreso sobre las que se montan los integrados de memoria DRAM. Estos módulos se insertan en zócalos sobre la placa base. Los contactos en ambas caras están interconectados, esta es la mayor diferencia respecto de sus sucesores los DIMMs. Fueron muy populares desde principios de los 80 hasta finales de los 90, el formato fue estandarizado por JEDEC bajo el número JESD-21C.

fig. SIMM de 30 pines y 72 pines (tercera y cuarta desde arriba).

Su gran ventaja es que elimina casi la mitad de la placa madre, convierte los conectores en independientes del formato de chip de memoria utilizado, y aporta más seguridad a la hora del

mantenimiento y las ampliaciones. Vienen además nominados en Bytes en lugar

de en bits como los chips de memoria. Las primeras placas requieren insertarlos a presión, pero al poco se generaliza el formato actual de inserción por giro.

El factor de forma de memoria RAM utilizado en PC es una presentación de los módulos de memoria que fue utilizado en los sistemas cuyos buses de datos eran de 32 bits o menos. A partir del uso de buses de 64 bits han sido reemplazados por los DIMM, que son el nuevo factor de forma estándar para los módulos de memoria usados en ordenadores personales, en los que la capacidad de almacenamiento ya se mide en gigabytes.

Un PC usa tanto memoria de nueve bits (ocho bits para datos y un bit para chequeo, o control, de paridadad, en 9 chips de memoria RAM dinámica) como memoria de ocho bits sin paridad.

DIMM: [6] (sigla en inglés de dual in-line memory module, traducido como «módulo de memoria en línea doble»)

Son módulos de memoria RAM utilizados en las computadoras personales. Se trata de un pequeño circuito impreso que contiene circuitos integrados de memoria, y se conecta directamente en ranuras de la placa base. Los módulos DIMM son reconocibles externamente por poseer sus contactos (o pines) separados en ambos lados, a diferencia de los SIMM que poseen los contactos de modo que los de un lado están unidos con los del otro.

Los módulos DIMM comenzaron a reemplazar a los SIMM como el tipo predominante de memoria cuando los microprocesadores Intel Pentium tomaron dominio del mercado.

Un DIMM puede comunicarse con la caché a 64 bits (y algunos a 72 bits), a diferencia de los 32 bits de los SIMM.

El hecho de que los módulos en formato DIMM sean memorias de 64 bits, explica por qué no necesitan emparejamiento. Los módulos DIMM poseen circuitos de memoria en ambos lados de la placa de circuito impresa, y poseen a la vez, 84 contactos de cada lado, lo cual suma un total de 168 contactos. Además de ser de mayores dimensiones que los módulos SIMM (130x25 mm), estos módulos poseen una segunda muesca que evita confusiones.

Cabe observar que los conectores DIMM han sido mejorados para facilitar su inserción, gracias a las palancas ubicadas a ambos lados de cada conector.

También existen módulos más pequeños, conocidos como SO DIMM (DIMM de contorno pequeño), diseñados para computadoras portátiles. Los módulos SO

DIMM sólo cuentan con 144 contactos en el caso de las memorias de 64 bits, y con 77 contactos en el caso de las memorias de 32 bits.

Especificación de los módulos DIMM

- DIMM de 168 contactos, SDR SDRAM (tipos: PC66, PC100, PC133...).

- DIMM de 184 contactos, DDR SDRAM (tipos: PC1600 (DDR-200), PC2100 (DDR-266), PC2400 (DDR-300), PC2700 (DDR-333), PC3000 (DDR-366), PC3200 (DDR-400), PC3500 (DDR-433), PC3700 (DDR-466), PC4000 (DDR-500), PC4300 (DDR-533), PC4800 (DDR-600); hasta 1 GiB por módulo).

- DIMM de 240 contactos, DDR2 SDRAM (tipos: PC2-3200 (DDR2-400), PC2-3700 (DDR2-466), PC2-4200 (DDR2-533), PC2-4800 (DDR2-600), PC2-5300 (DDR2-667), PC2-6400 (DDR2-800), PC2-8000 (DDR2-1000), PC2-8500 (DDR2-1066), PC2-9200 (DDR2-1150) y PC2-9600 (DDR2-1200); hasta 4 GiB por módulo).

- DIMM de 240 contactos, DDR3 SDRAM (tipos: PC3-6400 (DDR3-800), PC3-8500 (DDR3-1066), PC3-10.600 (DDR3-1333), PC3-13.300 (DDR3-1666), PC3-14.400 (DDR3-1800), PC3-16.000 (DDR3-2000); hasta 4 GiB por módulo).

Módulos de memoria en formato DIMM (dos módulos SDRAM PC133). Fuente http://karla-garcia0.webnode.es/news/arquitectura-de-computadores/

Corrección de errores

Los ECC DIMM son aquellos que tienen un mayor número de bits de datos, los cuales son usados por los controladores del sistema de memoria para detectar y corregir errores. Hay multitud de esquemas ECC, pero quizás el más común es el Corrector de errores individuales-Detector de errores dobles (SECDED) que usa

un byte extra por cada palabra de 64 bits. Los módulos ECC están formados normalmente por múltiplos de 9 chips y no de 8 como es lo más usual.

Organización

La mayoría de módulos DIMM se construyen usando "x4" (de 4) los chips de memoria o "x8" (de 8) con 9 chips de memoria de chips por lado. "X4" o "x8" se refieren a la anchura de datos de los chips DRAM en bits.

En el caso de los «DIMM x4», la anchura de datos por lado es de 36 bits, por lo tanto, el controlador de memoria (que requiere 72 bits) para hacer frente a las necesidades de ambas partes al mismo tiempo para leer y escribir los datos que necesita. En este caso, el módulo de doble cara es único en la clasificación.

Para los «DIMM x8», cada lado es de 72 bits de ancho, por lo que el controlador de memoria sólo se refiere a un lado a la vez (el módulo de dos caras es de doble clasificación).

Filas de los módulos

Las filas no pueden ser accedidas simultáneamente como si compartieran el mismo camino de datos. El diseño físico de los chips [DRAM] en un módulo DIMM no hace referencia necesariamente al número de filas.

Las DIMM frecuentemente son referenciadas como de "un lado" o de "doble lado", refiriéndose a la ubicación de los chips de memoria que están en uno o en ambos lados del chip DIMM. Estos términos pueden causar confusión ya que no se refieren necesariamente a cómo están organizados lógicamente los chips DIMM o a qué formas hay de acceder a ellos.

Por ejemplo, en un chip DIMM de una fila que tiene 64 bits de datos de entrada/salida, solo hay conjunto de chips [DRAM] que se activan para leer o recibir una escritura en los 64 bits. En la mayoría de sistemas electrónicos, los controladores de memoria son diseñados para acceder a todo el bus de datos del módulo de memoria.

En un chip DIMM de 64 bits hecho con dos filas, debe haber dos conjuntos de chips DRAM que puedan ser accedidos en tiempos diferentes. Sólo una de las filas puede ser accedida en un instante de tiempo desde que los bits de datos de los DRAM son enlazados para dos cargas en el DIMM.

Las filas son accedidas mediante señales «chip select» (CS). Por lo tanto para un módulo de dos filas, las dos DRAM con los bits de datos entrelazados pueden ser accedidas mediante una señal CS por DRAM.

RIMM [7]

Esta memoria conocida como Rambus Inline Memory Module (Módulo de Memoria en Línea Rambus), designa a los módulos de memoria RAM que utilizan una tecnología denominada RDRAM, desarrollada por Rambus Inc. a mediados de los años 1990 con el fin de introducir un módulo de memoria con niveles de rendimiento muy superiores a los módulos de memoria SDRAM de 100 MHz y 133 MHz disponibles en aquellos años.

Los módulos RIMM RDRAM cuentan con 184 pines y debido a sus altas frecuencias de trabajo requieren de difusores de calor consistentes en una placa metálica que recubre los chips del módulo. Se basan en un bus de datos de 16 bits y están disponibles en velocidades de 300MHz (PC-600), 356 Mhz (PC-700), 400 MHz (PC-800) y 533 Mhz (PC-1066) que por su pobre bus de 16 bits tenía un rendimiento 4 veces menor que la DDR. La RIMM de 533MHz tiene un rendimiento similar al de un módulo DDR133, a pesar de que sus latencias son 10 veces peores que la DDR.

Módulo de memoria Rambus.

Inicialmente los módulos RIMM fueron introducidos para su uso en servidores basados en Intel Pentium 4. Rambus no manufactura módulos RIMM si no que tiene un sistema de licencias para que estos sean manufacturados por terceros siendo Samsung el principal fabricante de éstos.

A pesar de tener la tecnología RDRAM niveles de rendimiento muy superiores a la tecnología SDRAM y las primeras generaciones de DDR RAM, debido al alto costo de esta tecnología no tuvo gran aceptación en el mercado de PC. Su momento álgido tuvo lugar durante el periodo de introducción del Pentium 4 para el cual se diseñaron las primeras placas base, pero Intel ante la necesidad de lanzar equipos más económicos decidió lanzar placas base con soporte para SDRAM y más adelante para DDR RAM desplazando esta última tecnología a los módulos RIMM del mercado que ya no ofrecían ninguna ventaja.

DDR2: [8] es un tipo de memoria RAM. Forma parte de la familia SDRAM de tecnologías de memoria de acceso aleatorio, que es una de las muchas implementaciones de la DRAM.

Módulo DDR2 de 1 GB con disipador

Los módulos DDR2 son capaces de trabajar con 4 bits por ciclo, es decir 2 de ida y 2 de vuelta en un mismo ciclo mejorando sustancialmente el ancho de banda potencial bajo la misma frecuencia de una DDR SDRAM tradicional (si una DDR a 200 MHz reales entregaba 400 MHz nominales, la DDR2 por esos mismos 200 MHz reales entrega 800 MHz nominales). Este sistema funciona debido a que dentro de las memorias hay un pequeño buffer que es el que guarda la información para luego transmitirla fuera del módulo de memoria. En el caso de la DDR convencional este buffer trabajaba tomando los 2 bits para transmitirlos en 1 sólo ciclo, lo que aumenta la frecuencia final. En las DDR2, el buffer almacena 4 bits para luego enviarlos, lo que a su vez redobla la frecuencia nominal sin necesidad de aumentar la frecuencia real de los módulos de memoria.

Las memorias DDR2 tienen mayores latencias que las conseguidas con las DDR convencionales, cosa que perjudicaba su rendimiento. Reducir la latencia en las DDR2 no es fácil. El mismo hecho de que el buffer de la memoria DDR2 pueda almacenar 4 bits para luego enviarlos es el causante de la mayor latencia, debido a que se necesita mayor tiempo de "escucha" por parte del buffer y mayor tiempo de trabajo por parte de los módulos de memoria, para recopilar esos 4 bits antes de poder enviar la información.

Características

Las memorias DDR2 son una mejora de las memorias DDR (Double Data Rate), que permiten que los búferes de entrada/salida trabajen al doble de la frecuencia del núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias.

Operan tanto en el flanco alto del reloj como en el bajo, en los puntos de 0 voltios y 1,8 voltios, lo que reduce el consumo de energía en aproximadamente el 50 por ciento del consumo de las DDR, que trabajaban a 0 voltios y a 2,5.

Terminación de señal de memoria dentro del chip de la memoria ("Terminación integrada" u ODT) para evitar errores de transmisión de señal reflejada.

Estándares

Módulos Para usar en PC, las DDR2 SDRAM son suministradas en tarjetas de memoria DIMM con 240 pines y una localización con una sola ranura. Las tarjetas DIMM son identificadas por su máxima capacidad de transferencia, llamado ancho de banda.

Nota: DDR2-xxx indica la velocidad de reloj efectiva, mientras que PC2-xxxx indica el ancho de banda teórico (aunque suele estar redondeado). El ancho de banda se calcula multiplicando la velocidad de reloj efectiva por ocho, ya que la DDR2 (como la DDR) es una memoria de 64 bits, hay 8 bits en un byte, y 64 es 8 por 8 y por último por 2 (doble tasa de transferencia), esto se empezó a usar para mostrar la velocidad de transferencia frente a las memorias "Rambus" que eran más rápidas en sus ciclos de reloj operación, pero solo eran de 16 bits

Algunos fabricantes etiquetan sus memorias DDR2-667 como PC2-5400 en vez de PC2-5300. Al menos un fabricante ha reportado que esto refleja pruebas satisfactorias a una velocidad más rápida que la normal.

Variante GDDR2

El primer producto comercial en afirmar que usaba tecnología GDDR2 fue la tarjeta gráfica nVIDIA GeForce FX 5800. Sin embargo, es importante aclarar que la memoria "DDR2" usada en las tarjetas gráficas (llamada oficialmente GDDR2) no es DDR2, sino un punto intermedio entre las DDR y DDR2. De hecho, no incluye el (importantísimo) doble ratio del reloj de entrada/salida, y tiene serios problemas de sobrecalentamiento debido a los voltajes nominales de la DDR. ATI

Technologies (ahora AMD) posteriormente ha desarrollado aún más el formato GDDR, hasta el GDDR3, que es más parecido a las especificaciones de la DDR2, aunque con varios añadidos específicos para tarjetas gráficas.

Tras la introducción de la GDDR2 con la serie FX 5800, las series 5900 y 5950 volvieron a usar DDR, pero la 5700 Ultra usaba GDDR2 con una velocidad de 450 MHz (en comparación con los 400 MHz de la 5800 o los 500 MHz de la 5800 Ultra).

La Radeon 9800 Pro de ATI con 256 MiB de memoria (no la versión de 128 MiB) usaba también GDDR2, porque esta memoria necesita menos pines que la DDR. La memoria de la Radeon 9800 Pro de 256 MiB sólo va 20 MHz más rápida que la versión de 128 MiB, principalmente para contrarrestar el impacto de rendimiento causado por su mayor latencia y su mayor número de chips. La siguiente tarjeta, la Radeon 9800 XT, volvió a usar DDR, y posteriormente ATI comenzó a utilizar GDDR3 en su línea de tarjetas Radeon X800 hasta la mayoría de la serie Radeon HD 4000.

Actualmente, las tarjetas de nueva generación usan el formato GDDR5; por parte de ATi, las tarjetas de alto rendimiento, algunas series HD4000 (solo la hd4870, hd4890 y la hd4770), las gamas medio-altas de las series HD5000 y HD6000, utilizan GDDR5. Por parte de Nvidia, las tarjeta gráficas de gama alta de las series 400 y 500.

Integración

DDR2 se introdujo a dos velocidades iniciales: 200 MHz (llamada PC2-3200) y 266 MHz (PC2-4200). Ambas tienen un menor rendimiento que sus equivalentes en DDR, ya que su mayor latencia hace que los tiempos totales de acceso sean hasta dos veces mayores. Sin embargo, la DDR no ha sido oficialmente introducida a velocidades por encima de los 266 MHz. Existen DDR-533 e incluso DDR-600, pero la JEDEC ha afirmado que no se estandarizarán. Estos módulos son, principalmente, optimizaciones de los fabricantes, que utilizan mucha más energía que los módulos con un reloj más lento, y que no ofrecen un mayor rendimiento.

Actualmente, Intel soporta DDR2 en sus chipsets 9xx. AMD incluye soporte DDR2 en procesadores de la plataforma AM2 introducidos en el 2006.

Los DIMM DDR2 tienen 240 pines, mientras que los de DDR tienen 184 y los de SDR 168.

DDR3: [9] es un tipo de memoria RAM. Forma parte de la familia SDRAM de tecnologías de memoria de acceso aleatorio, que es una de las muchas implementaciones de la SDRAM.

El principal beneficio de instalar DDR3 es la habilidad de poder hacer transferencias de datos más rápido, y con esto permite obtener velocidades de transferencia y velocidades de bus más altas que las versiones DDR2 anteriores. Sin embargo, no hay una reducción en la latencia1, la cual es proporcionalmente más alta. Además la DDR3 permite usar integrados de 512 MiB a 8 GiB, siendo posible fabricar módulos de hasta 16 GiB. También proporciona significativas mejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo que lleva consigo una disminución global de consumo eléctrico.

Se prevé que la tecnología DDR3 puede ser dos veces más rápida que la DDR2 y el alto ancho de banda que promete ofrecer DDR3 es la mejor opción para la combinación de un sistema con procesadores dual-core, quad-core y hexaCore (2, 4 y 6 núcleos por microprocesador). Las tensiones más bajas del DDR3 (1,5 V frente 1,8 V de DDR2) ofrecen una solución térmica y energética más eficientes.

Estos son los estándares de memoria DDR3 actualmente en el mercado:

GDDR3: La memoria GDDR3, con un nombre similar pero con una tecnología completamente distinta, ha sido usada durante varios años en tarjetas gráficas de gama alta como las series GeForce 6x00 ó ATI Radeon X800 Pro, y es la utilizada como memoria principal de la Xbox 360. A veces es incorrectamente citada como "DDR3".

1 Recuerde que la latencia en las memorias RAM hace referencia a los retardos producidos en el acceso a los diferentes componentes de esta. Estos retardos influyen en el tiempo de acceso a la memoria por parte de la CPU, el cual se mide en nanosegundos.

DDR4 SDRAM: [10] es una abreviatura de double data rate type four synchronous dynamic random-access memory es un tipo de memoria de acceso aleatorio (Memoria RAM) de la familia de las DRAM usadas ya desde principios de 1970 y sucesora de la DDR3 SDRAM, no es compatible con versiones anteriores por diferencias en los voltajes, interfaz física y otros factores, tienen un gran ancho de banda en comparación con sus versiones anteriores, su lanzamiento fue en el año 2012.

Sus principales ventajas en comparación con DDR2 y DDR3 son una tasa más alta de frecuencias de reloj y de transferencias de datos (2133 a 4266 MT/s en comparación con DDR3 de 800M a 2.133MT/s. La tensión es también menor a sus antecesoras (1,2 a 1,05 para DDR4 y 1,5 a 1,2 para DDR33) DDR4 también apunta un cambio en la topología descartando los enfoques de doble y triple canal, cada controlador de memoria está conectado a un módulo único.

VRAM [11]

Memoria gráfica de acceso aleatorio (Video Random Access Memory) es un tipo de memoria RAM que utiliza el controlador gráfico para poder manejar toda la información visual que le manda la CPU del sistema. La principal característica de

esta clase de memoria es que es accesible de forma simultánea por dos dispositivos. De esta manera, es posible que la CPU grabe información en ella, mientras se leen los datos que serán visualizados en el monitor en cada momento. Por esta razón también se clasifica como Dual-Ported.

En un principio (procesadores de 8 bits) se llamaba así a la memoria sólo accesible directamente por el procesador gráfico, debiendo la CPU cargar los datos a través de él. Podía darse el caso de equipos con más memoria VRAM que RAM (como algunos modelos japoneses de MSX2, que contaban con 64 KiB de RAM y 128 KiB de VRAM).

¿Qué elementos influyen en el uso de memoria VRAM? La respuesta se resume en los siguientes puntos:

1. La resolución que se vaya a utilizar: Actualmente los juegos se renderizan con una profundidad de color de 32 bits por píxel, lo que se traduce si se juega a 1080p un sólo fotograma ocupa 8,3 MB, resultado de multiplicar 32 x 1.920 x 1.080. Si se sube la resolución a 4K la cifra aumenta a 33,2 MB por fotograma.

2. Antialiasing: El suavizado de bordes también influye en la cantidad de memoria de vídeo utilizada, ya que se necesita una mayor cantidad de píxeles para cubrir y disimular los dientes de sierra y ello aumenta, por tanto, el consumo de VRAM.

Esto quiere decir, en esencia, que se debe considerar una mayor cantidad de memoria de vídeo si se va a jugar en altas resoluciones y a utilizar suavizado de bordes. También se debe tener en cuenta que actualmente el desarrollo de los

juegos tiende a un mayor uso de memoria de vídeo y que, por tanto, la misma juega un papel muy importante.

En las tarjetas gráficas actuales de gama alta, como las GTX 980-970 y Radeon R9 290X-290, se cuenta con 4 GB de VRAM, que es un requisito indispensable, ya que con estas soluciones gráficas se utiliza alta resolución y niveles de calidad ultra que consumen una gran cantidad de memoria de vídeo. No es recomendable la compra de estas tarjetas gráficas si se va a jugar a resoluciones inferiores a los 2K o 1080p en algunos títulos concretos.

En síntesis, esta memoria se encarga exclusivamente de almacenar datos referentes a gráficos, mientras una aplicación gráfica los solicite, esto permite que la memoria principal RAM, se mantenga disponible para otros procesos. Aunque hay que tener en cuenta que mientras la V-RAM no sea solicitada, esta se utilizara como RAM por la computadora.

Tipos

SAM (serial access memory): el módulo SAM (usualmente en la forma de un registro linear) no es cambiado por los cálculos y contiene los datos que van a ser utilizados por el RAMDAC. Esto lo convierte en memoria secuencial, que al contrario de la RAM de datos sólo puede ser evaluada sucesivamente (de un modo similar a una casete). La SAM puede seleccionarse mucho más rápidamente que la RAM, pues en principio no necesita cálculos de direccionamiento.

WRAM (Window RAM): es un tipo de VRAM equipada con líneas separadas de lectura y escritura, que ofrece sin embargo tiempos rápidos de acceso y es barata de producir. Por ejemplo, las tarjetas gráficas Matrox MGA Millennium y la Number Nine Revólution 3D "Ticket to Ride" usan WRAM.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM): es una tecnología relacionada con la SDRAM single-ported. Accesos simultáneos de lectura y escritura no son posibles. Ofrece extensas funciones gráficas (por ejemplo lecturas y escrituras bloque a bloque) y altas frecuencias de reloj.

MDRAM (Multi-bank DRAM): está desarrollado como bancos de memoria independientes, que están conectados a un bus común. Con esa estructura es posible un alto grado de paralelismo. La tarjeta gráfica Hércules Dynamite 128 (GPU: TSENG ET6000) tiene 4 MB MDRAM.

CDRAM (Cache DRAM): es una mezcla de memoria estática (SRAM) y memoria dinámica (DRAM). Similar a la caché de los modernos procesadores, en la

CDRAM los datos frecuentemente usados se almacenan en la rápida SRAM, lo que incrementa el rendimiento.

3D RAM: es un desarrollo de Mitsubishi consistente en módulos de memoria que además integran una Unidad aritmético lógica. Esto permite que algunas operaciones gráficas (por ejemplo test de Z-Buffer) puedan ejecutarse directamente en la memoria gráfica. Se puede encontrar este tipo de memoria en los UltraSparc de Sun Microsystems.

GDDR-SDRAM (Graphics Double Data Rate SDRAM): es una memoria gráfica basada en DDR SDRAM, que se caracteriza por sus tiempos optimizados de acceso y las altas frecuencias de reloj, es el tipo más común de memoria gráfica a día de hoy.

RAM extendida: En la actualidad, es frecuente ver equipos PC con la tarjeta gráfica incorporada en placa base o en el propio procesador, que en lugar de disponer de un banco propio de memoria, se les asigna parte de los bancos de memoria de la RAM de procesador. Suelen ser equipos orientados a tareas ofimáticas o servidores, donde la rapidez de los gráficos no es algo crucial, como en las estaciones CAD o los equipos para videojuegos. No obstante, pueden presentar velocidades mayores que las de la anterior generación de tarjetas gráficas. RAMDAC [12] Esta memoria denominada como Random Access Memory Digital-to-Analog Converter (RAMDAC o convertidor digital-analógico de RAM), es la encargada de transformar las señales digitales con las que trabaja el computador en una salida analógica que pueda ser interpretada por el monitor, tal como se ilustra en la siguiente figura.

Fuente. http://www.karbosguide.com/hardware/module7b1.htm

Está compuesto de tres DACs rápidos con una pequeña SRAM usada en adaptadores gráficos para almacenar la paleta de colores y generar una señal

analógica (generalmente una amplitud de voltaje) para posteriormente mostrarla en un monitor a color. El número de color lógico de la memoria de pantalla es puesto en las direcciones de entrada de la SRAM para seleccionar un valor de la paleta que aparece en la salida de la SRAM. Este valor se descompone en tres valores separados que corresponden a los tres componentes (rojo, verde, y azul) del color físico deseado. Cada componente del valor alimenta a un DAC separado, cuya salida analógica va al monitor, y en última instancia a uno de sus tres cañones de electrones (o sus equivalentes en las pantallas sin tubo de rayos catódicos).

Memoria RAMDAC. Fuente http://www.datuopinion.com/ramdac

La longitud de una palabra en el DAC oscila generalmente en un rango de 6 a 10 bits. La longitud de la palabra de la SRAM es tres veces el de la palabra del DAC. La SRAM actúa como una tabla de búsqueda de color (Color LookUp Table o CLUT en inglés). Tiene generalmente 256 entradas (lo que nos da una dirección de 8 bits). Si la palabra del DAC es también de 8 bits, tenemos 256 x 24 bits de la SRAM lo que nos permite seleccionar entre 256 a 16777216 colores posibles para la pantalla. El contenido de la SRAM puede cambiar mientras que la pantalla no está activa (durante los tiempos de blanqueo de la pantalla).

La SRAM puede usualmente ser puenteada y cargar los DACs directamente con los datos de pantalla, para los modos de color verdadero. De hecho éste es el modo habitual de operar del RAMDAC desde mediados de los 90, por lo que la paleta programable se conserva como una prestación heredada para asegurar la compatibilidad con el viejo software. En la mayoría de tarjetas gráficas modernas,

puede programarse el RAMDAC con altas frecuencias de reloj en modos de color verdadero, durante los cuales no se usa la SRAM.

En los modernos PC, los RAMDAC VGA están integrados en el chip de vídeo, que a su vez puede ir montado en tarjetas de ampliación o directamente en la placa madre del PC, como chip independiente o formando parte del chipset de la placa (como ocurre con numerosos chipsets de Intel o NVIDIA), incluso de la propia CPU (un chip de Cyrix). El propósito original del RAMDAC, proporcionar unos modos gráficos basados en CLUT, se utiliza raramente hoy en día, habiendo sido sustituido por los modos true color. A medida que ganan popularidad y prestaciones las pantallas TFT, LCD y otras tecnologías de pantallas digitales, más obsoleta se vuelve la parte DAC de los RAMDAC.

SRAM [13]

Static Random Access Memory (SRAM), o Memoria Estática de Acceso Aleatorio es un tipo de memoria basada en semiconductores que a diferencia de la memoria DRAM, es capaz de mantener los datos, mientras esté alimentada, sin necesidad de circuito de refresco. Sin embargo, sí son memorias volátiles, es decir que pierden la información si se les interrumpe la alimentación eléctrica.

No debe ser confundida con la SDRAM (Syncronous DRAM).

Estas memorias son de Acceso Aleatorio, lo que significa que las posiciones en la memoria pueden ser escritas o leídas en cualquier orden, independientemente de cual fuera la última posición de memoria accedida. Cada bit en una SRAM se almacena en cuatro transistores, que forman un biestable. Este circuito biestable

tiene dos estados estables, utilizados para almacenar (representar) un 0 o un 1. Se utilizan otros dos transistores adicionales para controlar el acceso al biestable durante las operaciones de lectura y escritura. Una SRAM típica utilizará seis MOSFET para almacenar cada bit. Adicionalmente, se puede encontrar otros tipos de SRAM, que utilizan ocho, diez, o más transistores por bit.1 2 3 Esto es utilizado para implementar más de un puerto de lectura o escritura en determinados tipos de memoria de video.

Un menor número de transistores por celda, hará posible reducir el tamaño de esta, reduciendo el coste por bit en la fabricación, al poder implementar más celdas en una misma oblea de silicio.

Es posible fabricar celdas que utilicen menos de seis transistores, pero en los casos de tres transistores4 5 o uno solo se estaría hablando de memoria DRAM, no SRAM.

El acceso a la celda es controlado por un bus de control (WL en la figura), que controla los dos transistores de acceso M5 y M6, quienes controlan si la celda debe ser conectada a los buses BL y BL. Ambos son utilizados para transmitir datos tanto para las operaciones de lectura como las de escritura, y aunque no es estrictamente necesario disponer de ambos buses, se suelen implementar para mejorar los márgenes de ruido.

A diferencia de la DRAM, en la cual la señal de la línea de salida se conecta a un capacitador, y este es el que hace oscilar la señal durante las operaciones de lectura, en las celdas SRAM son los propios biestables los que hacen oscilar dicha señal, mientras que la estructura simétrica permite detectar pequeñas variaciones de voltaje con mayor precisión. Otra ventaja de las memorias SRAM frente a DRAM, es que aceptan recibir todos los bits de dirección al mismo tiempo.

El tamaño de una memoria SRAM con m líneas de dirección, y n líneas de datos es 2m palabras, o 2m × n bits.

Modos de operación de una SRAM

Una memoria SRAM tiene tres estados distintos de operación: standby, en el cual el circuito está en reposo, reading o en fase de lectura, durante el cual los datos son leídos desde la memoria, y writing o en fase de escritura, durante el cual se actualizan los datos almacenados en la memoria.

Reposo: Si bus de control (WL) no está activado, los transistores de acceso M5 y M6 desconectan la celda de los buses de datos. Los dos biestables formados por M1 – M4 mantendrán los datos almacenados, en tanto dure la alimentación eléctrica.

Lectura: Se asume que el contenido de la memoria es 1, y está almacenado en Q. El ciclo de lectura comienza cargando los buses de datos con el 1 lógico, y luego activa WL y los transistores de control. A continuación, los valores almacenados en Q y Q se transfieren a los buses de datos, dejando BL en su valor previo, y ajustando BL a través de M1 y M5 al 0 lógico. En el caso que el dato contenido en la memoria fuera 0, se produce el efecto contrario: BL será ajustado a 1 y BL a 0.

Escritura: El ciclo de escritura se inicia aplicando el valor a escribir en el bus de datos. Si se trata de escribir un 0, se ajusta BL a 1 y BL a 0, mientras que para un 1, basta con invertir los valores de los buses. Una vez hecho esto, se activa el bus WL, y el dato queda almacenado.

Aplicaciones y usos

La memoria SRAM es más cara, pero más rápida y con un menor consumo (especialmente en reposo) que la memoria DRAM. Es utilizada, por tanto, cuando es necesario disponer de un menor tiempo de acceso, o un consumo reducido, o ambos. Debido a su compleja estructura interna, es menos densa que DRAM, y por lo tanto no es utilizada cuando es necesaria una alta capacidad de datos, como por ejemplo en la memoria principal de los computadores personales.

Frecuencia de reloj y potencia: El consumo eléctrico de una SRAM varía dependiendo de la frecuencia con la cual se accede a la misma: puede llegar a tener un consumo similar a DRAM cuando es usada en alta frecuencia, y algunos

circuitos integrados pueden consumir varios vatios durante su funcionamiento. Por otra parte, las SRAM utilizadas con frecuencia baja, tienen un consumo bastante menor, del orden de micro-vatios.

Usos de las SRAM

Como producto de propósito general:

Con interfaces asíncronas como chips 32Kx8 de 28 pines (nombrados XXC256), y productos similares que ofrecen transferencias de hasta 16Mbit por chip.

Con interfaces síncronas, principalmente como caches y otras aplicaciones que requieran transferencias rápidas, de hasta 18Mbit por chip.

Integrados en chip:

- Como memoria RAM o de cache en micro-controladores. - Como cache primaria en microcontroladores, como por ejemplo la familia

x86. - Para almacenar los registros de microprocesadores. - En circuitos integrados. - En FPGAs y CPLDs.

Usos integrados en productos

Las SRAM se utilizan en sistemas científicos e industriales, electrónica del automóvil, y similares. También se pueden encontrar en prácticamente todos los productos de uso cotidiano que implementen una interfaz electrónica de usuario. También se puede encontrar memorias SRAM en los computadores personales, estaciones de trabajo, routers y la gran mayoría de periféricos.

Uso de aficionados

Los que trabajan en electrónica prefieren las memorias SRAM, debido a su sencilla interfaz, ya que es mucho más fácil trabajar con SRAM que con la DRAM, al no existir ciclos de refresco, y poder acceder directamente a los buses de dirección y de datos en lugar de tener que utilizar multiplexores. Además, las SRAM solo necesitan tres buses de control: Chip Enable (CE), Write Enable (WE), y Output Enable (OE). En el caso de las SRAM síncronas, se tiene además la señal de reloj (CLK).

Tipos de SRAM

SRAM no volátiles: Las memorias SRAM no volátiles (NVRAM) presentan el funcionamiento típico de las RAM, pero con la característica distintiva de que los datos almacenados en ellas son preservados aun cuando se interrumpe la alimentación eléctrica. Se utilizan en situaciones donde se requiere conservar la información almacenada sin necesidad de alimentación alguna, normalmente donde se desea evitar el uso de baterías (o bien no es posible).

SRAM asíncrona: Las SRAM asíncronas están disponibles en tamaños desde 4Kb hasta 32Mb.7 Con un tiempo reducido de acceso, son adecuadas para el uso en equipos de comunicaciones, como switches, routers, teléfonos IP, tarjetas DSLAM, y en electrónica de automoción.

Por tipo de transistor: Transistor Bipolar de Unión o BJT (de tipo TTL o ECL) — muy rápidos, pero con un consumo muy alto.

MOSFET (de tipo CMOS) — consumo reducido, los más utilizados actualmente.

Por función:

Asíncronas — independientes de la frecuencia de reloj.

Síncronas — todas las operaciones son controladas por el reloj del sistema. Memoria FRAM [14] La memoria FRAM (RAM Ferroeléctrica) es una memoria de estado sólido, similar a la memoria RAM, pero que tiene un funcionamiento más parecido a las antiguas memorias de ferrita. Esta memoria, en lugar de preservar la carga de un microscópico condensador, contiene dentro moléculas que preservan la información por medio de un efecto ferroeléctrico.

Características

- Tiempo de acceso corto: debido a su funcionamiento, tienen velocidades (del orden de la centena de nanosegundos) que las habilitan para trabajar como memoria principal con la mayoría de los microprocesadores.

- Lectura destructiva: como todas las memorias ferroeléctricas, la lectura es destructiva. Esto no representa un problema, ya que el chip se encarga de reescribir los datos luego de una lectura.

- No volátiles: su funcionamiento hace prescindibles los refrescos y la alimentación para la retención de datos.

- Encapsulados: se consiguen hoy en día tanto en variedades para trabajo en paralelo (para conectar a un bus de datos) como en serie (como memoria de apoyo).

Memoria de solo lectura [15]

La memoria de sólo lectura, conocida también como ROM (acrónimo en inglés de read-only memory), es un medio de almacenamiento utilizado en ordenadores y dispositivos electrónicos, que permite sólo la lectura de la información y no su escritura, independientemente de la presencia o no de una fuente de energía.

Los datos almacenados en la ROM no se pueden modificar, o al menos no de manera rápida o fácil. Se utiliza principalmente para contener el firmware (programa que está estrechamente ligado a hardware específico, y es poco probable que requiera actualizaciones frecuentes) u otro contenido vital para el funcionamiento del dispositivo, como los programas que ponen en marcha el ordenador y realizan los diagnósticos.

En su sentido más estricto, se refiere sólo a máscara ROM -en inglés, MROM- (el más antiguo tipo de estado sólido ROM), que se fabrica con los datos almacenados de forma permanente y, por lo tanto, su contenido no puede ser modificado de ninguna forma. Sin embargo, las ROM más modernas, como EPROM y Flash EEPROM, efectivamente se pueden borrar y volver a programar

varias veces, aun siendo descritos como "memoria de sólo lectura" (ROM). La razón de que se las continúe llamando así es que el proceso de reprogramación en general es poco frecuente, relativamente lento y, a menudo, no se permite la escritura en lugares aleatorios de la memoria. A pesar de la simplicidad de la ROM, los dispositivos reprogramables son más flexibles y económicos, por lo cual las antiguas máscaras ROM no se suelen encontrar en hardware producido a partir de 2007.

Como la ROM no puede ser modificada (al menos en la antigua versión de máscara), solo resulta apropiada para almacenar datos que no necesiten ser modificados durante la vida de este dispositivo. Con este fin, la ROM se ha utilizado en muchos ordenadores para guardar tablas de consulta, utilizadas para la evaluación de funciones matemáticas y lógicas. Esto era especialmente eficiente cuando la unidad central de procesamiento era lenta y la ROM era barata en comparación con la RAM. De hecho, una razón de que todavía se utilice la memoria ROM para almacenar datos es la velocidad, ya que los discos siguen siendo más lentos. Y lo que es aún más importante, no se puede leer un programa que es necesario para ejecutar un disco desde el propio disco. Por lo tanto, la BIOS, o el sistema de arranque oportuno del PC normalmente se encuentran en una memoria ROM.

Fuente: http://www.fastweb.it/web-e-digital/che-cos-e-e-a-cosa-serve-la-memoria-rom/

No obstante, el uso de la ROM para almacenar grandes cantidades de datos ha ido desapareciendo casi completamente en los ordenadores de propósito general, mientras que la memoria Flash ha ido ocupando este puesto.

Velocidad

- Velocidad de lectura: Aunque la relación relativa entre las velocidades de las memorias RAM y ROM ha ido variando con el tiempo, desde el año

2007 la RAM es más rápida para la lectura que la mayoría de las ROM, razón por la cual el contenido ROM se suele traspasar normalmente a la memoria RAM, desde donde es leída cuando se utiliza.

- Velocidad de escritura: Para los tipos de ROM que puedan ser modificados eléctricamente, la velocidad de escritura siempre es mucho más lenta que la velocidad de lectura, pudiendo requerir voltaje excepcionalmente alto, movimiento de jumpers para habilitar el modo de escritura, y comandos especiales de desbloqueo. Las memorias Flash NAND logran la más alta velocidad de escritura entre todos los tipos de memoria ROM reprogramable, escribiendo grandes bloques de celdas de memoria simultáneamente, y llegando a 15 MB/s. La RAM Tiene una capacidad Máxima de 128 MB UCV.

Memoria flash [16]

Esta memoria es derivada de la memoria EEPROM, y permite la lecto-escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, siempre mediante impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento muy superiores frente a la tecnología EEPROM primigenia, que sólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de programación. Se trata de la tecnología empleada en los dispositivos pendrive.

Este tipo de memoria ofrece características como gran resistencia a los golpes, bajo consumo y por completo silenciosas, ya que no contiene ni actuadores mecánicos ni partes móviles. Su pequeño tamaño también es un factor determinante a la hora de escoger para un dispositivo portátil, así como su ligereza y versatilidad para todos los usos hacia los que está orientado.

Sin embargo, todos los tipos de memoria flash sólo permiten un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la celda, de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para su borrado.

Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND para almacenar los 0s ó 1s correspondientes. Actualmente hay una gran división entre los fabricantes de un tipo u otro, especialmente a la hora de elegir un sistema de archivos para estas memorias. Sin embargo se comienzan a desarrollar memorias basadas en ORNAND.

Los sistemas de archivos para estas memorias están en pleno desarrollo aunque ya en funcionamiento como por ejemplo JFFS originalmente para NOR, evolucionado a JFFS2 para soportar además NAND o YAFFS, ya en su segunda versión, para NAND. Sin embargo, en la práctica se emplea un sistema de archivos FAT por compatibilidad, sobre todo en las tarjetas de memoria extraíble.

Otra característica ha sido la resistencia térmica de algunos encapsulados de tarjetas de memoria orientadas a las cámaras digitales de gama alta. Esto permite funcionar en condiciones extremas de temperatura como desiertos o glaciares ya que el rango de temperaturas soportado abarca desde los -25 °C hasta los 85 °C.

Las aplicaciones más habituales son:

El llavero USB que, además del almacenamiento, suelen incluir otros servicios como radio FM, grabación de voz y, sobre todo como reproductores portátil de MP3 y otros formatos de audio.

Las PC Card

Las tarjetas de memoria flash que son el sustituto del carrete en la fotografía digital, ya que en las mismas se almacenan las fotos.

Existen varios estándares de encapsulados promocionados y fabricados por la mayoría de las multinacionales dedicadas a la producción de hardware.

Funcionalidades

Flash, como tipo de EEPROM que es, contiene una matriz de celdas con un transistor evolucionado con dos puertas en cada intersección. Tradicionalmente sólo almacenan un bit de información. Las nuevas memorias flash, llamadas también dispositivos de celdas multi-nivel, pueden almacenar más de un bit por celda variando el número de electrones que almacenan.

Estas memorias están basadas en el transistor FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal Oxide Semiconductor) que es, esencialmente, un transistor NMOS con un conductor (basado en un óxido metálico) adicional localizado o entre la puerta de control (CG – Control Gate) y los terminales fuente/drenador contenidos en otra puerta (FG – Floating Gate) o alrededor de la FG conteniendo los electrones que almacenan la información.

Memoria flash de tipo NOR:

En las memorias flash de tipo NOR, cuando los electrones se encuentran en FG, modifican (prácticamente anulan) el campo eléctrico que generaría CG en caso de estar activo. De esta forma, dependiendo de si la celda está a 1 ó a 0, el campo eléctrico de la celda existe o no. Entonces, cuando se lee la celda poniendo un determinado voltaje en CG, la corriente eléctrica fluye o no en función del voltaje almacenado en la celda. La presencia/ausencia de corriente se detecta e interpreta como un 1 ó un 0, reproduciendo así el dato almacenado. En los dispositivos de celda multi-nivel, se detecta la intensidad de la corriente para controlar el número de electrones almacenados en FG e interpretarlos adecuadamente.

Para programar una celda de tipo NOR (asignar un valor determinado) se permite el paso de la corriente desde el terminal fuente al terminal sumidero, entonces se coloca en CG un voltaje alto para absorber los electrones y retenerlos en el campo eléctrico que genera. Este proceso se llama hot-electrón injection. Para borrar (poner a “1”, el estado natural del transistor) el contenido de una celda, expulsar estos electrones, se emplea la técnica de Fowler-Nordheim tunnelling, un proceso de tunelado mecánico – cuántico (leer sobre el efecto túnel cuántico). Esto es, aplicar un voltaje inverso bastante alto al empleado para atraer a los electrones,

convirtiendo al transistor en una pistola de electrones que permite, abrir el terminal sumidero, para que los electrones abandonen el mismo. Este proceso es el que provoca el deterioro de las celdas, al aplicar sobre un conductor tan delgado un voltaje tan alto.

Es necesario destacar que las memorias flash están subdivididas en bloques (en ocasiones llamados sectores) y por lo tanto, para el borrado, se limpian bloques enteros para agilizar el proceso, ya que es la parte más lenta del proceso. Por esta razón, las memorias flash son mucho más rápidas que las EEPROM convencionales, ya que borran byte a byte. No obstante, para reescribir un dato es necesario limpiar el bloque primero para después reescribir su contenido.

Memorias flash de tipo NAND: Las memorias flash basadas en puertas lógicas NAND funcionan de forma ligeramente diferente: usan un túnel de inyección para la escritura y para el borrado un túnel de ‘soltado’. Las memorias basadas en NAND tienen, además de la evidente base en otro tipo de puertas, un coste bastante inferior, unas diez veces de más resistencia a las operaciones pero sólo permiten acceso secuencial (más orientado a dispositivos de almacenamiento masivo), frente a las memorias flash basadas en NOR que permiten lectura de acceso aleatorio. Sin embargo, han sido las NAND las que han permitido la expansión de este tipo de memoria, ya que el mecanismo de borrado es más sencillo (aunque también se borre por bloques) lo que ha proporcionado una base más rentable para la creación de dispositivos de tipo tarjeta de memoria. Las populares memorias USB o también llamadas Pendrives, utilizan memorias flash de tipo NAND.

Comparación de memorias flash basadas en NOR y NAND

Para comparar estos tipos de memoria se consideran los diferentes aspectos de las memorias tradicionalmente valorados.

• La densidad de almacenamiento de los chips es actualmente bastante mayor en las memorias NAND.

• El coste de NOR es mucho mayor. • El acceso NOR es aleatorio para lectura y orientado a bloques para su

modificación.

• En la escritura de NOR podemos llegar a modificar un solo bit. Esto destaca con la limitada reprogramación de las NAND que deben modificar bloques o palabras completas.

• La velocidad de lectura es muy superior en NOR (50-100 ns) frente a NAND (10 µs de la búsqueda de la página + 50 ns por byte).

• La velocidad de escritura para NOR es de 5 µs por byte frente a 200 µs por página en NAND.

• La velocidad de borrado para NOR es de 1 ms por bloque de 64 KB frente a los 2 ms por bloque de 16 KB en NAND.

• La fiabilidad de los dispositivos basados en NOR es realmente muy alta, es relativamente inmune a la corrupción de datos y tampoco tiene bloques erróneos frente a la escasa fiabilidad de los sistemas NAND que requieren corrección de datos y existe la posibilidad de que queden bloques marcados como erróneos e inservibles.

En resumen, los sistemas basados en NAND son más baratos y rápidos pero carecen de una fiabilidad que los haga eficientes, lo que demuestra la necesidad imperiosa de un buen sistema de archivos. Dependiendo de qué sea lo que se busque, merecerá la pena decantarse por uno u otro tipo.

Tarjetero flash

Un tarjetero flash es un periférico que lee o escribe en memoria flash. Actualmente, los instalados en ordenadores (incluidos en una placa o mediante puerto USB), marcos digitales, lectores de DVD y otros dispositivos, suelen leer varios tipos de tarjetas.

Memoria flash 3D. Su creador Toshiba, se apoyan en la tecnología BiCS, de la compañía, y permite almacenar dos bits de datos en cada transistor, con lo que cada chip puede alcanzar una capacidad de almacenamiento de hasta 16 GB. Tomado de http://computerhoy.com/noticias/hardware/toshiba-presenta-memoria-flash-3d-mas-densa-del-mercado-26245

Sistemas de archivos para memorias flash

Diseñar un sistema de archivos eficiente para las memorias flash se ha convertido en una carrera vertiginosa y compleja, ya que, aunque ambos (NOR y NAND) son tipos de memoria flash, tienen características muy diferentes entre sí a la hora de acceder a esos datos. Esto es porque un sistema de ficheros que trabaje con memorias de tipo NOR incorpora varios mecanismos innecesarios para NAND y, a su vez, NAND requiere mecanismos adicionales, innecesarios para gestionar la memoria de tipo NOR.

Las memorias Flash o SSD (solid state disck o en estado sólido), que se están imponiendo a los discos duros tradicionales tienen un problema. Las celdas en las que se almacenan los datos van degradándose con el tiempo y esto depende de una acción muy concreta: la escritura y el borrado de información. Los ingenieros de Macronix han creado un método para aumentar el número de ciclos que puede soportar una memoria flash de 10.000 a 100 millones. Era de dominio público que el calor incrementaba la longevidad de las celdas, pero había que tener el chip a 250 grados durante cuatro horas.

Físicamente era imposible que sobreviviera una memoria flash a esa prueba de temperatura. La solución de Macronix consiste en que los chips se calienten a sí mismos y lo hagan únicamente sobre determinadas áreas. Los dispositivos tendrán un nuevo diseño para acoplar unos calentadores en el interior, que actuarán para alargar la vida útil del almacenamiento. Fuente: http://www.abc.es/tecnologia/20121203/abci-memoria-flash-macronix-201212031257.html

Cada uno de estos procesos es un ciclo y las memorias flash pueden soportar hasta 10.000 de ciclos. En este punto se deterioran y no pueden almacenar información. Por tanto, a medida que se borren datos y se vuelvan a rellenar las celdas con otros nuevos menos capacidad de almacenamiento se conservará.

Un ejemplo podría ser un recolector de basura. Esta herramienta está condicionada por el rendimiento de las funciones de borrado que, en el caso de NOR es muy lento y, además, un recolector de basura NOR requiere una complejidad relativa bastante alta y limita las opciones de diseño del sistema de

archivos. Comparándolo con los sistemas NAND, que borran mucho más rápidamente, estas limitaciones no tienen sentido.

Otra de las grandes diferencias entre estos sistemas es el uso de bloques erróneos que pueden existir en NAND pero no tienen sentido en los sistemas NOR que garantizan la integridad. El tamaño que deben manejar unos y otros sistemas también difiere sensiblemente y por lo tanto es otro factor a tener en cuenta. Se deberá diseñar estos sistemas en función de la orientación que se le quiera dar al sistema.

Los dos sistemas de ficheros que se disputan el liderazgo para la organización interna de las memorias flash son JFFS (Journaling Flash File System) y YAFFS (Yet Another Flash File System), ExFAT es la opción de Microsoft.

Antecedentes de la memoria flash

Las memorias han evolucionado mucho desde los comienzos del mundo de la computación. Conviene recordar los tipos de memorias de semiconductores empleadas como memoria principal y unas ligeras pinceladas sobre cada una de ellas para enmarcar las memorias flash dentro de su contexto.

Organizando estos tipos de memoria conviene destacar tres categorías si las clasificamos en función de las operaciones que podemos realizar sobre ellas, es decir, memorias de sólo lectura, memorias de sobre todo lectura y memorias de lectura/escritura.

Memorias de sólo lectura.

ROM: (Read Only Memory): Se usan principalmente en microprogramación de sistemas. Los fabricantes las suelen emplear cuando producen componentes de forma masiva.

PROM: (Programmable Read Only Memory): El proceso de escritura es electrónico. Se puede grabar posteriormente a la fabricación del chip, a diferencia de las anteriores que se graba durante la fabricación. Permite una única grabación y es más cara que la ROM.

Memorias de sobre todo lectura.

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Se puede escribir varias veces de forma eléctrica, sin embargo, el borrado de los contenidos es completo y a través de la exposición a rayos ultravioletas (de esto que suelen tener una pequeña ‘ventanita’ en el chip).

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Se puede borrar selectivamente byte a byte con corriente eléctrica. Es más cara que la EPROM.

Memoria flash: Está basada en las memorias EEPROM pero permite el borrado bloque a bloque y es más barata y densa.

Memorias de Lectura/Escritura (RAM)

DRAM (Dynamic Random Access Memory): Los datos se almacenan como en la carga de un condensador. Tiende a descargarse y, por lo tanto, es necesario un proceso de refresco periódico. Son más simples y baratas que las SRAM.

SRAM (Static Random Access Memory): Los datos se almacenan formando biestables, por lo que no requiere refresco. Igual que DRAM es volátil. Son más rápidas que las DRAM y más caras.

El futuro del mundo de la memoria flash es bastante alentador, ya que se tiende a la ubicuidad de las computadoras y electrodomésticos inteligentes e integrados y, por ello, la demanda de memorias pequeñas, baratas y flexibles seguirá en alza hasta que aparezcan nuevos sistemas que lo superen tanto en características como en coste. En apariencia, esto no parecía muy factible ni siquiera a medio plazo ya que la miniaturización y densidad de las memorias flash estaba todavía lejos de alcanzar niveles preocupantes desde el punto de vista físico. Pero con la aparición del MEMRISTOR (contracción de las palabras "memoria" y "resistor") el futuro de las memorias flash comienza a opacarse.

Un memristor, es un nuevo dispositivo de circuito electrónico. Aunque la resistencia a la memoria es fundamental para toda la materia, tales dispositivos no son prácticos, excepto cuando se fabrican a escala nanométrica. (Cortesía: S. Williams) El desarrollo de las memorias flash es, en comparación con otros tipos de memoria es sorprendentemente rápido, tanto en capacidad como en velocidad y

prestaciones. Sin embargo, los estándares de comunicación de estas memorias, de especial forma en la comunicación con los PC son notablemente inferiores, lo que puede retrasar los avances conseguidos.

Memristor flexible

El memristor es un componente eléctrico pasivo de dos terminales no-lineales, que relaciona la vinculación de la carga eléctrica con un flujo magnético. La operación de los dispositivos tipo RRAM está conectada con el concepto de memristor, en la que hipotéticamente se opera de la siguiente manera: la resistencia eléctrica del memristor no es constante sino que depende de la historia de la corriente que ha fluido previamente a través del dispositivo; es decir, la resistencia actual depende de la cantidad de carga eléctrica que ha fluido, y en qué dirección, a través de él en el pasado. [17] El dispositivo recuerda su historia, la llamada propiedad de no-volatilidad. [18] Cuando el suministro de energía eléctrica es desconectado, el memristor recuerda su resistencia más reciente, hasta que vuelva a ser encendido. [19] [20]

En la actualidad, los memristores están destinados a aplicaciones en memorias nanoelectrónicas, lógica computacional y para arquitecturas computacionales neuromórficas/neuromemristivas. [21] Esto implica que se espera que para el 2018 salgan al mercado los primeros dispositivos memristores que le hagan competencia de las memorias DRAM y flash, entre otros.

Aunque los Memristores aún están en una fase de I&D, la memoria flash seguirá especializándose, aprovechando las características propias en cuanto a diseño y construcción para funciones concretas. Supongamos una Arquitectura Harvard para un pequeño dispositivo parecido a una extinta PDA; la memoria de instrucciones estaría compuesta por una memoria de tipo ORNAND (empleando la tecnología MirrorBit de segunda generación) dedicada a los programas del

sistema, esto ofrece velocidades sostenidas de hasta 150 MB/s de lectura en modo ráfaga con un costo energético ínfimo, que implementa una seguridad por hardware realmente avanzada; para la memoria de datos se puede emplear sistemas basados en puertas NAND de alta capacidad a un precio realmente asequible. Sólo queda reducir el consumo de los procesadores para PC actuales y se dispondrá de un sistema de muy reducidas dimensiones con altas prestaciones que hoy en día sería la envidia de la mayoría de los ordenadores de sobremesa.

Cualquier dispositivo con datos críticos empleará las tecnologías basadas en NOR u ORNAND si se tiene en cuenta que un fallo puede hacer inservible un terminal de telefonía móvil o un sistema médico por llegar a un caso extremo. Sin embargo, la electrónica de consumo personal seguirá apostando por las memorias basadas en NAND por su reducido costo y gran capacidad, como los reproductores portátiles de MP3, reproductores de DVD portátiles. La reducción del voltaje empleado (actualmente en 1,8 V la más reducida), además, de un menor consumo, permite alargar la vida útil de estos dispositivos. Con todo, los nuevos retos serán los problemas que sufren hoy en día los procesadores por su miniaturización y altas frecuencias de reloj de los microprocesadores.

Los sistemas de ficheros para memorias flash, con proyectos disponibles mediante CVS (Concurrent Version System) y código abierto permiten un desarrollo realmente rápido, como es el caso de YAFFS2, que, incluso, se ha conseguido varios patrocinadores y hay empresas realmente interesadas en un proyecto de esta envergadura. La integración con sistemas inalámbricos permitirá unas condiciones propicias para una mayor integración y ubicuidad de los dispositivos digitales.

En la actualidad TDK está fabricando discos duros estándar con memorias flash NAND que van de 128 GB a 500 GB, con un tamaño similar al de un disco duro de 2,5 pulgadas, similares a los discos duros de los portátiles con una velocidad de 33,3 Mb/s en adelante. El problema de este disco duro es que, al contrario de los discos duros convencionales, tiene un número limitado de accesos. Samsung y Kingston también han desarrollado memorias NAND que superan los 500 GB, tal como se expone más abajo en este mismo apartado.

Por ejemplo, Apple presentó en el 2010 una versión de la computadora portátil MacBook Air, cuyo disco en aquel entonces de estado sólido era de 256 Gb, actualmente (2017) se puede conseguir actualmente con un disco de 500 GB

MacBook Air. Tomado de: http://www.ispazio.net/abbiamo-rilevato-che-utilizzi-adblocker

Una de las características más resaltantes de este equipo es que no tiene disco duro con partes móviles, sino una memoria flash, lo que la hace una máquina más rápida, ligera y más delgada. Esta es característica puntual de los equipos portátiles que tienen SSD tal como se observa en la siguiente figura:

En la actualidad diferentes marcas de equipos portátiles ya se venden con memoria de estado sólido o flash que ya superaron el Terabyte acercándose al Petabyte. El problema actual son los altos costos de esta tecnología.

Un ejemplo del desarrollo de las SSD, lo dio Samsung en el 2016, en la que sacó al mercado memorias SSD de 16TB, con la posterior disminución en los precios para las unidades de 250 y 500 GB. El nuevo avance en cuanto a disminución de tamaño y peso, lo representa la memoria PM971-NVMe de Samsung, que logra almacenar hasta 512GB de memoria flash NAND, un controlador y memoria RAM en un sólo chip BGA que cuenta con dimensiones de 20x16x1.5 mm y un peso de 1 g, que puede ser montada directamente en placas para portátiles o tablets.

Las velocidades de esta memoria llega hasta los 1.5 Gbps en lectura y de 900 Mbps en escritura, que triplica el rendimiento de una unidad SSD SATA común.

Chasis abierto de un disco duro tradicional (izquierda). Aspecto de un dispositivo SSD indicado especialmente para computadoras portátiles (derecha). Tomado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_estado_s%C3%B3lido

Para el año 2017 y 2018, la memoria se producirá con chips de 20 nm NAND, con la incorporación de 4 GB de RAM LPDDR4 que actúa como memoria caché.

En términos de tamaño, la diferencia de esta tecnología con las anteriores es abismal, tal como se ilustra en la siguiente figura:

Tomado de: https://www.xataka.com/componentes/la-nueva-memoria-ssd-de-512gb-de-samsung-se-encoge-y-ahora-solo-pesa-1-gramo

En el mercado existen otras opciones de discos SSD de 10 y 13 TB, por lo que se establece que la escalabilidad tecnológica va a proseguir, esto siempre y cuando el costo vaya disminuyendo. Por ejemplo, el coste del modelo de 13 TB es de cerca a los 19.000 dólares en el 2016, es decir, por GB se paga 1,46 dólares.

Cabe destacar que la unidad SSD de 15,36TB es otra alternativa comercial con el nuevo diseño de chips 3D V-NAND de Samsung, esta está disponible en capacidades de 480 y 960 GB, 1,92, 3,84 y 7,68 TB, siendo ésta última la que también llega con este lanzamiento a un precio cercano a los 6000 dólares.

Crossbar Memory

Es una tecnología que logra velocidades de transferencia compatibles con las DRAM, pero en menor tiempo y con altas densidades de flujo de información. El nombre de Crossbar hace referencia a la empresa que la está desarrollando, donde trabaja su creador Wei Lu.

Los primeros chips con memoria de alta densidad se ubican en el rango de los 16 GB en tan solo 144 mm2. Su construcción se basa en el uso de estructuras a nanoescala con dos capas de electrodos, que permiten almacenar información en las uniones hechas de silicio.

Imagen de la estructura física de la memoria crossbar. Tomado de https://www.xataka.com/componentes/crossbar-memory-40-veces-mas-densa-que-las-memorias-actuales

Esta tecnología es una de las alternativas a futuro en cuanto a su longevidad, en comparación a las memorias basadas en arquitecturas 3D. Tanto las memorias 3D, las Crossbar y las de tipo Memristor son las opciones para la siguiente década, donde la nanotecnología juega un papel fundamental en ello.

RaceTrack [22]

IBM está investigando y diseñando un dispositivo, aún en fase experimental, denominado RaceTrack. Al igual que los SSD, son memorias no volátiles basadas en nanohilos compuestos por níquel, hierro y vórtices que separan entre sí los

datos almacenados, lo que permite velocidades hasta cien mil veces superiores a los discos duros tradicionales, según apunta la propia IBM.

Chip de memoria prototipo de IBM. Supera a cualquier sistema de memoria actual en cuanto a velocidad, capacidad y durabilidad. Fuente de la imagen. http://www.bbc.com/news/technology-16047098

En la siguiente imagen se muestra un comparativo de los tipos de memoria existentes, en desarrollo y a futuro.

Tomado de: https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/51143/000110465913015897/a13-6155_28k.htm

Memoria Holográfica [23]

Antes de hablar de la memoria holografía, toca hablar del holograma, que es básicamente una técnica óptica, que consiste en registrar la imagen de un objeto mediante la intersección de dos haces de rayo láser, que se aplican sobre el objeto, de forma ortogonal hasta cubrir sus dimensiones tridimensionales. Las

interferencias producidas se plasman de manera redundante sobre la superficie y en el interior de un soporte o volumen (generalmente fotopolímeros o cristal).2

La holografía forma parte del común de muchos videojuegos disponibles en el mercado. En la que cada vez se acerca la tecnología a recrear imágenes de alta calidad

La memoria holográfica o almacenamiento de datos holográficos es una nueva y potente tecnología dentro del área del almacenamiento de datos de gran capacidad actualmente dominada por el convencional almacenamiento de datos ópticos y magnéticos, estos dispositivos se basan en bits individuales que son almacenados magnéticamente o a través de cambios ópticos en la superficie del soporte de grabación. La memoria holográfica supera estas limitaciones grabando la información a lo largo de todo el soporte y es capaz de almacenar múltiples imágenes en la misma zona usando luz y ángulos diferentes.

Adicionalmente, mientras que los soportes que almacenan datos ópticos y magnéticos graban un bit de información en una vez de forma lineal, los holográficos son capaces de grabar y leer millones de bits en paralelo, que permiten tasas de transferencia de datos superiores a los alcanzados a través de medios ópticos de almacenamiento.

La memoria holográfica captura la información usando un patrón de inferencia óptica con un denso material óptico fotosensitivo. La luz de un sólo láser se divide en dos haces de luz, uno de referencia y otro de señal; para su almacenamiento se usa un modulador de luz espacial codificando la señal de los datos. A causa del cruce entre ambos haces, se forma un patrón de inferencia óptica, generando un cambio químico o físico en el soporte fotosensitivo; los datos obtenidos son representados en un patrón óptico de píxeles oscuros y luminosos.

2 NA.

El almacenamiento de datos en tres dimensiones podrá guardar información en un espacio más pequeño, y ofrecer tiempos de transmisión de datos mucho más rápidos. Veremos a continuación cómo será la memoria holográfica en los próximos años y lo que costará crear una versión para ordenador de este sistema de almacenamiento de alta densidad. Figura tomada de http://www.ordenadores-y-portatiles.com/memoria-holografica.html

Ajustando el ángulo del haz de referencia, longitud de ondas, o posición media, una multitud de hologramas (teóricamente, varios miles) pueden ser almacenados en un único soporte. Las limitaciones teóricas de la densidad de almacenamiento en este medio son aproximadamente de decenas de Terabits (1 Tb = 1024 Gigabits/Gb, 1024 Megabits/Mb = 1 Gigabyte/GB) por centímetro cúbico. En 2006, InPhase se anunció una capacidad de almacenamiento de alrededor de 500 Gb/in2 [24], que en la actualidad se ha triplicado aproximadamente esta capacidad.

Los datos almacenados son leídos a través de la reproducción del mismo haz de referencia usado para crear el holograma. La luz del haz de referencia es enfocada en el material fotosensitivo, iluminando el patrón de inferencia apropiado, se produce una difracción de luz en el patrón de inferencia, proyectándolo sobre el lector. El lector es capaz de leer los datos en paralelo, alrededor de un millón de bits a la vez. Se pueden acceder a los archivos de un disco holográfico en menos de 200 milisegundos. [25]

La memoria holográfica puede proporcionar a las empresas un potente método para archivar información en formatos no regrabables o de una sola escritura impidiendo así que la información sea sobreescrita o borrada.

A continuación un cuadro comparativo que presenta, a modo de resumen, las diferencias entre los distintos sistemas de almacenamiento. Sólo la memoria temporal o memoria RAM es más rápida en cuanto a tiempo de acceso (160 Mb/seg.) y tiene mayor tasa de transferencia que los dispositivos holográficos, pero carece de la capacidad para almacenar permanentemente. [26]

Los fabricantes creen que dicha tecnología puede proporcionar un almacenamiento de datos seguros durante 50 años, por encima de muchos soportes actuales. Por el contrario la tecnología de los lectores de datos evoluciona rápidamente pudiendo alargar la duración del soporte 50 años más. [27]

“La holografía todavía tiene que resolver algunas cuestiones pendientes. Se está investigando cómo conseguir un equilibrio entre la funcionalidad del rayo de referencia y su tamaño, demasiado grande aún si se piensa desde un punto de vista comercial.

El otro punto débil son los materiales de grabación. Existen dificultades para conseguir cristales y fotopolímeros de gran tamaño y/o espesor. En el caso de los cristales se exige que ese tamaño vaya acompañado de una buena calidad óptica [Boyles, 2000].

Otras desventajas que tienen los actuales productos de almacenamiento holográfico son:

El precio

• Alto costo comercial, que lo hace todavía no competitivo.

• Es una nueva herramienta que sustituiría a las anteriores sin posibilidad de compatibilidad.

• Su capacidad de almacenamiento y reproducción sin pérdida de calidad vendrán dadas por el tipo de material. Debe no ser volátil para que el holograma perdure.

• El material utilizado debe ser económicamente competitivo (carestía del producto).

La regrabación

• No es posible actualizar datos sin regrabar todo el holograma. La técnica holográfica no permite modificar sólo una parte del holograma dada su característica de redundancia. No hay que olvidar que todo lo registrado en el soporte tiene intensidad, ángulo y forma de grabación, no se puede regrabar por partes. Este inconveniente se está solventando con los hologramas multiplexados. No obstante, se sigue trabajando en la obtención de grabadoras y reproductores holográficos que tengan un tamaño y un precio competitivos en el mercado.

• Por su novedad, todavía no hay normas que regulen los soportes de grabación holográficos ni que permitan el intercambio entre instrumentos de grabación.

La capacidad de almacenar datos en cualquier formato, estático y en movimiento, abre para los hologramas numerosas aplicaciones relacionadas con el mundo de la documentación. Como documentos capaces de albergar información, la holografía es especialmente útil para determinadas temáticas. Un ejemplo de esto es la NTT (Nippon Telephone & Telegraph) que desarrolló una tecnología holográfica para grabar 30 horas de imágenes en movimiento en un soporte de cristal del tamaño de una uña [Enteleky, 2003]. Y también el trabajo realizado por el MIT Media Lab Spatial Imaging Group, que trabaja con el holovideo (video electro–holográfico) en tiempo real.

Entre otros aspectos este equipo trabaja, desde 1990, programas para mejorar el holovideo y la compresión holográfica de banda ancha para transmitir a través de red [Lucente, 1998]. En medicina, antropología y arquitectura, la holografía se utiliza tanto para el diseño como para la muestra de maquetas [Orazem, 1992].

Otras posibles aplicaciones de los sistemas holográficos de almacenamiento de datos serían las comunicaciones de satélite, el reconocimiento de transmisiones aéreas, las bibliotecas digitales de alta velocidad, el almacenamiento masivo para vehículos tácticos y el procesamiento de imágenes para propósitos médicos, militares y/o de video.

Prototipos de sistemas holográficos de información

Los esfuerzos llevados a cabo, desde los comienzos hasta el presente, nos muestran la evolución tecnológica y el interés que existe por almacenar holográficamente la información.

Durante la década de los 70 se tuvo una orientación documental más definida (sustitución de microformas por hologramas, almacenamiento de documentación cartográfica, etc.). A partir de los años 80 importa más el formato de la información (imagen, sonido, etc.). El objetivo es almacenar holográficamente todo tipo de información. Ya en los 90, la holografía se utilizó para todo tipo de sistemas de seguridad y autentificación.

• La biblioteca holográfica. Considerada como la biblioteca del futuro, este proyecto de la década de los 70 tuvo lugar en Tianjin Microform Technique Corporation, y constaba de un ordenador y un scanner pequeño para fichas. El scanner mostraría, imprimiría y enviaría información bibliográfica de la ficha a través del ordenador. El problema era el costo. Era necesario desarrollar técnicas para obtener fichas, a gran escala y más baratas, y también un lector de libros informático.

• Prototipo HRMR (Human Read/Machine Read) [Maugh, 1979 en Nelson]. Propuesto en la empresaHarris–Intertype Corp., de Melbourne. Se trata de un subsistema del sistema de memoria masiva de microfilm que combina el almacenamiento holográfico de datos digitales y de imágenes en el mismo medio. Estas características, junto con la capacidad y densidad de almacenamiento, permitían guardar y recuperar información cartográfica [Nelson, Vander Lugt y Zech, 1974].

• Sistema de recuperación de información holográfico. Esta experiencia soviética tuvo lugar a finales de los años 70 y demostró que se reducía el tiempo de búsqueda y que era asequible para el usuario. Las descripciones

que elaboraba el VINITI mensualmente se almacenaban holográficamente. La búsqueda se realizaba a través de matrices holográficas, de manera similar a como se hacían las fichas perforadas, y se grababan en microhologramas. Estas matrices enlazaban con los datos de localización de los documentos incluidos en el fichero inverso.

Holografia en el aire.Tomado de: http://www.nferias.com/servicios-audiovisuales/alqtecnology-iris-produccion-s-a/

• Almacenamiento holográfico para el reconocimiento óptico de huellas digitales. Se está llevando a cabo en el National Institute of Standards and Technology (NIST). Las huellas digitales se graban mediante un SLM (Spatial Light Modulator) y se transforman mediante el método Fourier en hologramas tridimensionales. Posteriormente, y a través de una red neuronal, se diferencian las huellas con un proceso de coincidencia muy minucioso.

Todos estos experimentos utilizaban en mayor o menor medida la holografía. Pero realmente no se puede hablar de un almacenamiento holográfico sino hasta la década de los 90.

• Sistema digital total de Stanford (1994). Se trata del primer sistema completamente automatizado de almacenamiento holográfico de datos, concretamente de imágenes, con banda sonora. Se demostró que podían usarse componentes electrónicos y ópticos del mercado, y se aplicó una nueva técnica de codificación que procesaba las señales digitales de manera que se reducía el "ruido" y aumentaba la capacidad de almacenamiento [Heanue en Orlov 2000].

La naturaleza de la tolerancia del ruido en el almacenamiento holográfico de datos nace para subsanar los problemas asociados con las fuentes de ruido. Además, fue el primer estudio efectuado sobre tasas de error en la transferencia de datos (ruido). Este sistema se componía de un medio de almacenamiento que, consistía en un cristal de litio niobado con una película de hierro. Se dividía la superficie en C ejes en un ángulo de 45 grados. Como los hologramas grabados con anterioridad podían borrarse con los que se grabaran después, se incluyó un esquema de grabación que permitía almacenar de manera eficiente un gran número de páginas con una difracción igual. La técnica de codificación consistía en escribir una secuencia de pixeles off–on en el SLM para representar el 0, y de on–off para el 1.

• Sistema completamente automatizado Siros [InPhase] Fue ésta la primera demostración de un sistema de almacenamiento holográfico controlado completamente de manera electrónica y automática. La arquitectura electrónica del sistema se basó en un tecnología de bus y un conjunto de herramientas reprogramables denominadas, manera lógica, "puertas programadas por campo" (FPGA,Field–Programmable Gate Array).

Una vez que se ha demostrado que la grabación, recuperación y organización de información almacenada en hologramas son posibles, la investigación se centra fundamentalmente en las unidades y soportes de lectura y escritura de esos hologramas y en la manera de procesar y codificar los datos para su grabación.

Tipos de memorias holográficas

Una vez conocida la técnica de la holografía aplicada al almacenamiento de datos ¿cómo puede ésta aplicarse al campo de la información y la documentación? No se trata de la imagen de un libro, sino de su contenido. Para ello nos aprovechamos de la capacidad de la holografía para almacenar objetos tridimensionales.

Todo sistema holográfico de grabación se basa en la multiplexación, que permite incluir en un mismo soporte o volumen más de un holograma; utiliza una de las características del almacenamiento holográfico, la recuperación asociativa.

Si se buscaran en un dispositivo de almacenamiento convencional todos los registros que comparten una determinada característica, recuperaríamos el registro en la RAM, y la búsqueda se realizaría con un programa de aplicación que miraría en todos y cada uno de los documentos. Con el almacenamiento holográfico, este proceso puede llevarse a cabo en la propia memoria.

En lugar de reconstruir páginas de datos con un rayo de referencia, el patrón de datos que nos interese se coloca en el SLM, y se enfoca al punto de almacenamiento concreto con el haz de señal. Todos los rayos de referencia se usan para almacenar los hologramas de esa pila, y se reconstruyen. La intensidad de cada rayo es proporcional a la correlación entre el patrón de datos original almacenado y el patrón de datos del rayo de señal que examina. Una vez que el haz de referencia enfoca, en un "plano de

correlación", a un conjunto, el ángulo del haz de referencia será el que corresponda para que puedan identificarse los hologramas pertinentes. El rayo de referencia puede reconstruir los hologramas fuera de la cámara. El proceso de búsqueda y recuperación puede durar unos 5 milisegundos.

El sistema de multiplexación utilizado es lo que diferenciará los tipos de memorias holográficas [Psaltis, 2001].

Memoria de acceso aleatorio holográfico (HRAM)

En las HRAM (Holographic Random–Access Memory), los rayos de referencia y de datos (objeto) se dirigen a un volumen que contiene múltiples localizaciones de almacenamiento. Los rayos ópticos se dirigen muy rápidamente con escáneres ópticos no mecánicos, la mayoría de estos los cuales utilizan un deflector acústico–óptico o un SLM de cristal líquido unidimensional. Un sistema HRAM puede leer hologramas desde cualquier localización en una secuencia esencialmente aleatoria.

Una de las escenas favoritas de Star Wars, es la proyección holográfica que realiza R2-D2. Fuente de imagen http://www.enter.co/chips-bits/gadgets/este-proyector-de-hologramas-de-star-wars-causaria-sensacion/

La fotosensibilidad de la mayoría de los cristales fotorefractivos es relativamente baja, por lo que la velocidad de grabación está ligeramente por debajo que la de lectura. Además, resulta casi imposible cambiar el estado de un solo pixel de un holograma. Se podría sustituir un determinado holograma dentro de una pila de hologramas, pero el proceso no es sencillo.

Por lo tanto, un sistema HRAM no es realmente un sistema de memoria de lectura–escritura, sino más bien una memoria de un borrado y múltiples lecturas.

Este sistema se ajusta a aquellas aplicaciones que requieran almacenar gran cantidad de datos casi permanentes y con una alta rapidez de lectura y transferencia. Algunos ejemplos serían, el almacenamiento de películas, copias de servidores web.

Un inconveniente del sistema es que el número de localizaciones a las que tiene acceso está limitado a la óptica de la dirección del rayo láser.

Memoria holográfica modular compacta

Se trata de una alternativa que mejora los sistemas HRAM. La memoria holográfica modular compacta toma el mismo conjunto de pixeles para la grabación y la recuperación, en el y del soporte de grabación. Se dirige a la misma localización volviendo sobre los pasos de la trayectoria que ha seguido el rayo láser, lo que devuelve la dirección original de la señal, al SLM. Esto permite utilizar lentes más baratas o incluso no tener que utilizarlas. Si cada píxel del SLM es a la vez modulador y detector lumínico, todo el dispositivo de almacenamiento se podría reducir y elaborar sin partes móviles y se compondría de varios módulos (ver figura).

Cada módulo tiene un aspecto parecido a una memoria RAM, pero con la sutil diferencia de que puede almacenar 25 hologramas, según demostraron en la

empresa Caltech. Para contrarrestar la erosión en el cristal fotorefractivo, se le añade a cada píxel la orden de que, periódicamente, detecte y refresque los hologramas. Esto permitiría que el sistema fuera más flexible y no obligara a tener hologramas de manera permanente, y se podrían borrar hologramas de un grupo de ellos.

En un sistema modular, el costo por megabyte depende de un conjunto de pixeles "inteligentes" y dos ángulos compactos dirigidos (uno para el haz de escritura y otro para el de lectura). Se puede recuperar de manera asociativa, pero hay que añadirle otro detector por módulo aumentando el número de pixeles mientras se mantiene el costo del conjunto detector y el ángulo baja, lo cual es la clave para poner en marcha esta arquitectura.

Discos holográficos 3D

Esta opción se centra más en los materiales de almacenamiento. El disco se compone de una capa de un milímetro de espesor. Los hologramas se almacenan en cada ubicación de la superficie del disco. Estas localizaciones se organizan a lo largo de las pistas radiales. Con el movimiento del cabezal se selecciona la pista y la rotación del disco le da acceso a cada pista.

Se puede utilizar la multiplexación por ángulo en los hologramas multiplexados sobre un disco holográfico, igual que en la arquitectura HRAM. No obstante, el escáner de ángulo necesitaría un cabezal de lectura muy grande y pesada como para poder obtener un acceso rápido a los hologramas de las diferentes pistas radiales. Para que esto no pase, se puede utilizar un rayo convergente o esférico como rayo de referencia. Esto permitiría tener un rayo de referencia de ángulos simultáneamente en todas las pistas, y no de una en una. Esto aumentaría sensiblemente la velocidad de lectura.

General Electric desarrollo una grabadora de discos ópticos holográficos capaz de escribir 500 GB de datos en un disco del mismo tamaño físico que un DVD, aproximadamente a la misma velocidad que la tecnología Blue Ray. Tomado de. http://www.marisolcollazos.es/noticias-informatica/?p=3597

Además los discos holográficos permiten sistemas de lectura y regrabación o de solo lectura. En el primer caso, los sistemas WORM incorporan un SLM convirtiendo el cabezal de lectura en uno de lectura/escritura. En este caso el proceso de grabación se basa en las reacciones químicas de los fotopolímeros, que son el material de grabación de los discos 3D.

Las aplicaciones ROM son similares a las de la HRAM, películas, audio, juegos de ordenador y demás información de sólo lectura [Psaltis, 2001].

El cuadro siguiente compara estas técnicas; sin embargo, hay que hacer constar que se trata de prototipos que aún están en fase de experimentación y mejora.

Discos Holográficos Versátiles (HVD)

Parten de los hologramas de color [García–Santiago, 2000] y los estudios sobre ellos han variado, al igual que las compañías investigadoras. InPhase se funda en el año 2000 con la fusión de las empresas Lucent Technologies Venture, New Venture Partners LLC, Signal Case, Madison Dearborn Patners, Hitachi Maxwell Ltd., Imation Corporation y New Technology Partners. InPhase debía mostrar su sistema holográfico de grabación de video Tapestry a finales de 2003. Se espera que las capacidades de almacenamiento en los discos Tapestry de una sola escritura, alcancen los 100 Gb, con una tasa de transferencia de 20 Mbps [11].

Un holograma se diferencia básicamente de una fotografía normal en que no sólo registra la distribución de intensidades de la luz reflejada, sino también la de fases. Es decir, la película es capaz de distinguir entre las ondas que inciden en la superficie fotosensible hallándose en su amplitud máxima, de aquellas que lo hacen con amplitud mínima. Esta capacidad para diferenciar ondas con fases distintas se logra interfiriendo un haz de referencia con las ondas reflejadas. Tomado de: http://www.cienciafacil.com/Hologramas.html

La empresa japonesa Optware ha conseguido la primera grabación y reproducción del mundo, de películas en un disco holográfico transparente y quiere sacar al mercado HVD (Holographic Versatile Disc) Players, Readers yWriters en el año 2006 para el uso de las grandes empresas. Unas versiones más baratas saldrán al mercado en el 2007.

La empresa ha desarrollado un sistema holográfico colineal de almacenamiento de datos, que utiliza un láser verde de 532 nm para poder leer los datos holográficos de un disco de 12 cm. Los dos rayos, el de referencia y el del objeto, interfieren entre sí dentro de la capa de grabación del disco y guardan los datos. Debajo de esa capa hay otra capa más, pre–formateada, que guarda los datos servo y que se lee con un láser rojo. Esto permite hacer un seguimiento preciso del disco.

Entre la capa de datos y la de servo se encuentra un espejo que refleja el láser verde, pero que es transparente para el láser rojo. Este espejo es capaz de parar la disipación de la luz dentro del disco, que podría causar un aumento en el ruido y baja calidad de la señal.

Para las empresas estos aparatos costarán aproximadamente 20000 dls e inicialmente se utilizaran HVD de 200 Gb, que costarán 100 dls cada uno.

Sistema de lectura de 1Gb y 100 Mb de capacidad, de Stanford y Siros

Para los medios con espesor (p. ej. el litio niobado), la capacidad geométrica de los 90 grados está limitada, generalmente, por la dinámica y el ruido del soporte más que por las interferencias de la multiplexación. En cambio los medios planos (ej. los fotopolímeros), no tienen esta limitación y el número de hologramas que se pueden superponer en una localización está determinado por el número de grados de libertad disponibles para la multiplicación.

Imagen holográfica, en la que se destaca el color e imagen realista.

Una multiplexación angular en la geometría de transmisión no permite una suficiente densidad de almacenamiento de los datos, por lo que son necesarias otras técnicas de multiplicación. Por eso DARPA fundó el consorcio PRISM que ha utilizado medios de almacenamiento con espesor (también denominados volúmenes) y grabado con láser pulsado, con lo que ha obtenido grandes logros, junto con los esfuerzos de la empresa Polaroid y su filial Aprilis. Y para grabar, mientras el disco estaba en constante rotación, se presentó una nueva técnica de multiplexación basada en un rayo de referencia que modula su fase.

Desarrollo, modelado, animación 2D y 3D para feria internacional IMOCOM. Pantalla holográfica 2.4m x 1.10m con soportes y base mimetizada. Tomado de: http://davincipublicidadymedios.com/work/pantallas-holograficas/

Este sistema se compone de una cámara de video digital y un visualizador de cristal líquido IBM que le sirven como detectores, más un componedor de páginas. Un disco holográfico de fotopolímero está en constante rotación en un eje, sobre el que recibe los pulsos. Con la sincronización electrónica, se pueden dirigir las diferentes posiciones angulares; las radiales necesitan un dispositivo que mueva el disco y el eje verticalmente [Orlov, 2000].

El Tratamiento documental de los hologramas

Toda la documentación artístico–musical, médica, química, arquitectónica, etcétera, ha conseguido aprovecharse de las ventajas de la tridimensionalidad que permite la holografía. Ya en los años 60 se vio el potencial educativo de la holografía, lo que motivó a Upatnieks y Leith del Departamento de Ingeniería eléctrica de la Universidad de Michigan y al Instituto de Investigación Medioambiental de Michigan (ERIM), a construir el primer modelo de lector de hologramas bibliotecario. Éste, parecido a una televisión o a un lector de microformas, constaba de una pantalla en la que aparecía la imagen localizada en la película. El rayo láser de baja potencia se refleja fuera de los espejos de la caja para reconstruir la imagen virtual que se encuentra almacenada en la película dentro de la caja. Así, da la sensación de que el objeto se encuentra tras la pantalla.

Desde la perspectiva del tratamiento de hologramas, la conservación vendrá totalmente determinada por el soporte material, los que hemos considerado en este artículo como los que se encuentran aún en fase muy experimental. Otra posibilidad es que se trate de un electroholograma, en cuyo caso estaríamos hablando de datos generados y almacenados por ordenador. Para su organización, conservación y recuperación, hay que tener en cuenta otros aspectos. En su descripción formal se consignará el tipo de onda utilizada para la grabación, el tipo de soporte holográfico, el tipo de holograma, si es master u original, y entre otras características. D'Alleyrand elaboró en 1977 ciertas reglas de catalogación para la Biblioteca de Investigación del Museo de la Holografía y tras la clausura del museo en 1992, la colección y el trabajo de catalogación pasaron al MIT. Para la entrada principal, si el holograma no es el resultado de una técnica innovadora y tampoco trata de un tema original, su entrada se hará por título.

En cualquier otro caso el encabezamiento principal será la nueva técnica o el/la autor/a del holograma. En estos casos el soporte material del holograma era todavía una película y no el ya comentado cubo, con excepción del caso del ICG. Aunque sin referencia explícita, también las Anglo–American Cataloging Rules (AACR II) permiten hacer referencia en notas a reproducciones holográficas en caso de documentación musical y describir éstas realizando adaptaciones (Harrassowitz).

Para la clasificación de los hologramas, OCLC propuso en 1988 unas normas para materiales bidimensionales y tridimensionales. Dentro de la categoría "r" de artefactos tridimensionales y objetos que aparecen en forma real, se encuentra concretamente en el subgrupo "r" de objetos naturales.

Para la recuperación tanto de hologramas como de electrohologramas, ya a finales de la década de los 70 y principios de los 80 se da la solución en la antigua U.R.S.S [Zakharchenko, 1980] mediante la organización de ficheros inversos.

Estos sistemas de información holográficos están constituidos por un grabador y equipo gráfico con un procesador electrónico.

El equipo gráfico o visualizador holográfico está conectado con el procesador electrónico para buscar y posteriormente visualizar las holografías. El sistema de información holográfico mantiene un sistema de ficheros inversos con los números de orden de todos los documentos del archivo y las coordenadas para localizar cada holograma en el archivo de imágenes holográficas.

Para realizar la búsqueda mediante descriptores, el fichero inverso localiza los números de orden que responden a un determinado descriptor y de ahí pasa a la localización en el fichero de imágenes holográficas. En este caso se recupera uno o varios hologramas en el soporte físico; una mejora a este sistema sería el uso de hologramas generados por ordenador lo que permitiría una mayor rapidez no ya de localización sino de recuperación y visión.

Futuro

Compañías arraigadas como Sony, IBM, NASA, etcétera, ya utilizan esta técnica para mejorar la localización y recuperación de información y así obtener más y mejores imágenes. Empresas como Aprillis, Bell–Labs, InPhase... son ejemplos del interés que ya ha despertado la holografía, y muestran los esfuerzos que las empresas están haciendo para obtener resultados que ya empiezan a llegar al mercado.

Como conclusión de este tema se infiere que el almacenamiento holográfico puede ofrecer muy interesantes posibilidades y promete ser la solución más efectiva a nivel de costo, para las exigencias de almacenamiento de archivos multimedia o de cualquier otra nueva tecnología. Esta nueva tecnología óptica permite almacenar información digital, como los hologramas tridimensionales; También almacenar y recuperar los datos como patrones bidimensionales de luz, o páginas, en un volumen tridimensional de cristal sensible a la luz, y proporcionan la base de la tecnología del almacenamiento holográfico. Los datos se organizan en páginas en lugar de en bits individuales, y con el uso de las capas se consigue mayor velocidad y un menor control por parte del sistema operativo del ordenador. Esto significa que es muy factible manejar el control de un sistema operativo de disco, y que puede controlarse la demanda informática para gestionar imágenes o multimedia.

Esta tecnología se basa en las técnicas de almacenamiento holográfico de volúmenes fotorefractivos (PVHS); es decir, utiliza luz en lugar de electricidad, como con la fibra óptica, lo que la hace extremadamente rápida y un medio potencialmente portátil. Los aparatos de almacenamiento holográfico serían una

buena elección para los sistemas que necesitan acceso aleatorio rápido para grabar y mostrar un video digital, y para sistemas de procesamiento y transacción de alto rendimiento a bajo costo, pues permite acceso rápido a la información almacenada.

Habrá que saber cómo conservar, catalogar y clasificar hologramas en las bibliotecas del futuro, un futuro cada día más presente. Los datos holográficos no supondrán tanto problema en relación con su tratamiento puesto que se trata de documentos digitales en formato audiovisual, textual, etcétera, pero sí en relación con su cantidad. Disponemos de un medio para almacenar grandes volúmenes de información, con acceso rápido y en formato 3D, que servirá para realizar búsquedas de información en bases de datos voluminosas y consecuentemente las bases de datos que consultemos también cambiarán e incluirán descriptores, texto completo y diferentes objetos (por ejemplo, huellas digitales).

La transformación también tendrá lugar en el campo de la edición electrónica con revistas, enciclopedias, mapas y hasta video juegos, en los que las memorias holográficas harán que estos productos sean aún más potentes. Las posibilidades multimedia con un soporte holográfico están menos limitadas por la velocidad de acceso a los datos, las transferencias y el almacenamiento.

Los discos holográficos pueden llegar a ser los sustitutos del DVD, pero todavía se carece del material fotopolímero que tenga un espesor suficiente. Pese a todo, las memorias holográficas y su tecnología son indudablemente las candidatas a ser la nueva generación de sistemas de almacenamiento, sobre todo ahora que se están consiguiendo grandes avances en lo que a materiales holográficos se refiere.

Como el logrado por el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), la Universidad de California y el Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas que ha conseguido que las memorias holográficas sean también regrabables.

Teléfono conceptual que maneja el principio holográfico, proyectando en el espacio las aplicaciones, donde el usuario interactúa directamente con ellas.

Cada vez necesitamos almacenar más cantidad de información, sobre todo si estas copias de seguridad incluyen a todo lo que se encuentra en Internet. Los archivos electrónicos pueden verse desbordados sin la existencia de nuevos sistemas de almacenamiento cada vez más pequeños y potentes.

Es un hecho que en breve plazo en el mundo de la documentación, la holografía va a ser de gran ayuda a la hora de almacenar información, aunque de momento, no se haya podido resolver el tema de grabar terabytes y hasta petabytes en un soporte holográfico y hacer modificaciones posteriores.” [28]

Hybrid Memory Cube, de Intel y Micron

Hybrid Memory Cube está siendo desarrollado por Intel y Micron desde el año 2011. Actualmente ya hay en el mercado algunos prototipos funcionales con tasas de transferencia de 1 Tbps, con un uso energético hasta siete veces más bajo que los sistemas actuales. Este tipo de memoria es cercano en cuanto a funcionalidad a la memoria DDR4, pues es 10 veces más rápido que la memoria DDR3.

En qué consiste Hybrid Memory Cube [29]

La memoria actual utiliza un buffer que actúa como un cajón por el cual pasa todo el contenido que la memoria ha de tratar. Una vez que la información está en ese buffer cada chip de memoria se encarga, por su propia cuenta, de seleccionar qué información seleccionar y almacenar. Este aspecto es lo que cambia Hybrid Memory Cube. Ofrece un ancho de banda que va de 160Gb/s a 320 Gb/s.

La HMC se basa en la tecnología DDR, pero aprovecha una matriz 3D de filas conectadas por TSVs (a través del silicio) con un controlador lógico integrado en la oblea. El Cubo entonces se une directamente a la CPU en lo que Micron llama una configuración de "corto alcance". Tomado de: https://www.extremetech.com/computing/167368-hybrid-memory-cube-160gbsec-ram-starts-shipping-is-this-the-technology-that-finally-kills-ddr-ram

Supongamos ahora que en vez de tener los chips de memoria uno junto a otro los apilamos todos juntos, de forma que estén muy cerca, uno encima de otro, y puedan comunicarse muy rápidamente entre ellos. Se tiene una pequeña torre de chips de memoria en bruto.

La idea de Intel, además de modificar la estructura bidimensional de la memoria (que los chips estén uno al lado del otro) y cambiarla a una tridimensional (chips montados uno encima del otro) es añadir una capa encargada de operar con la información de entrada y enviarla a cada chip de memoria, tal como se observa en la figura. Con esto se olvida que los chips de memoria tengan que buscar qué información almacenar, ahora habrá una capa que estará encargada de mandarles la información.

Una implementación hipotética HMC utiliza para la memoria y la vinculación de dos procesadores. Tomado de. https://www.extremetech.com/computing/167368-hybrid-memory-cube-160gbsec-ram-starts-shipping-is-this-the-technology-that-finally-kills-ddr-ram

En el Hybrid Memory Cube se añade un intermediario que es el encargado de la gestión de la memoria RAM, a dónde va cada grupo de bits que se quiere almacenar en cada momento. Con esto en mente, Micron afirma que pueden conseguir un ancho de banda 15 veces mayor que el de una memoria RAM actual, un rendimiento 20 veces mayor y un 90% menos de espacio físico.

PRAM o PCRAM

Existen distintos nombres para definir a la memoria de cambio de fase: PRAM o PCRAM (Phase Change RAM), OUM (Ovonic Unified Memory) o CRAM (Calcogenic RAM), pero las siglas más habituales son PCM (Phase Change Memory).

Es una propuesta desarrollada por la empresa IBM. Une lo mejor de la memoria Flash no volátil y la rapidez de la memoria RAM en un sólo componente, con lo que se podrá crear una memoria cache ultra rápida para un smartphone, lo que incluso permitiría almacenar todo el sistema operativo en una PCM, haciendo que el dispositivo móvil funcione en sólo unos pocos segundos.

Este sistema se basa en una estructura amorfa y una de estado cristalino de la PCM, es decir, que no es construida a partid de silicio, sino de cristal calcógeno, que se caracteriza por cambias su estructura de vidrio a un conglomerado amorfo, cuando se le somete a calor.

Chip PCM de Samsung. Tomado de: http://news.softpedia.com/news/Intel-ST-Microelectronics-to-Double-Phase-Change-Memory-PCRAM-Chips-Density-77939.shtml

Este tipo de memoria, permite almacenar datos dependiendo del voltaje aplicado, es decir, con voltaje alto "1", con voltaje bajo "0", pero IBM ha encontrado que al calentar los materiales se puede tener acceso a más estados y no sólo "on" y "off", por lo que se ha descubierto la manera de dar seguimiento y codificar estas variantes, lo que permite leer y almacenar hasta 3 bits de datos por celda. [30]

Con este diseño tan radical de memoria, su velocidad se estima que será hasta 50 veces más rápidas que las memorias Flash, incluso va a igualar la rapidez de la memoria RAM, soportando más de 10.000 ciclos de grabación, es decir, tres veces más que la Flash no volátil, sin que se pierdan datos si se corta el suministro de energía. Además, tarda más tiempo en degradarse. Teóricamente se estima que puede alcanzar los 100 millones de ciclos de escritura.

Proyecto de sistema de memoria basado en ADN

Como se ha observado a lo largo de este documento, existen diversas propuestas para el desarrollo de memorias de cómputo más avanzadas que las que existen actualmente. Por ejemplo, emplear cristales de cuarzo, que ofrece teóricamente una capacidad de almacenamiento cercano a los 360TB por 13.800 millones de años. Ahora, surge un proyecto impulsado por Microsoft, en la que busca almacenar un exabyte (1018) en cadenas de ADN por hasta 10.000 años.

No es desconocido que el ADN porta toda la información codificada de un ser vivo, por lo que no es nada descabellada la idea de Microsoft, máxime cuando un exabyte de información puede caber perfectamente en 1 mm3 de ADN. Bajo este criterio, el desarrollo del proyecto toma 10 millones de hebras de ADN sintético, en la que se puede almacenar en un mm3 hasta 1018 Bytes de datos por un periodo de tiempo que va de 1.000 hasta 10.000 años, que lo convierte en uno de los métodos más llamativos para el almacenamiento seguro de datos a muy largo plazo, como la historia de toda la civilización humana.

En el año 2015 se dio inicio a las primeras pruebas del proyecto, en la que se logró almacenar información codificada que posteriormente fue recuperada al 100%. Con este resultado Microsoft le ha apuntado a invertir los recursos necesarios para llevar este experimento a la siguiente fase empleando mayor cantidad de ADN sintético bajo unas condiciones determinadas in vitro. Aún falta resolver el problema de la lectura y escritura de información, “donde la parte de escribir información parece superada gracias a un dispositivo creado por Twist Bioscience. El problema es la lectura, ya que la única forma que existe para leer secuencias de ADN fue creado hace más de 20 años y al día de hoy tiene un precio de más de 1.000 dólares por base.” [31]

Faltan muchos años para que se pueda presenciar las primeras implementaciones de esta tecnología, pues aún falta desarrollar los dispositivos y equipos en general que permitan leer y escribir datos directamente sobre el ADN sintético, incluso crear otro tipo de ADN que maneje más pares de bases.

Una de las grandes ventajas de utilizar el ADN para almacenar información, es que no se necesita usar electricidad. Imagen tomada de: https://www.xataka.com/investigacion/adn-como-metodo-para-almacenar-1-000-000-000-tb-asi-es-el-ambicioso-proyecto-de-microsoft

Existen otros proyectos paralelos al que está desarrollando Microsoft, como el que está desarrollando el Instituto Europeo de Bioinformática [32]. Otra fuente de información que asevera que se puede almacenar hasta 7000 TB en un gramo de ADN, se puede consultar en [33].

Memoria atómica

La creación de memorias atómicas no es nueva, pues viene desarrollándose desde hace más de 30 años, cuyo pionero fue en su momento la empresa IBM, con el proyecto Mil pies.

Chip de memoria atómica. Tomado de: https://www.xataka.com/componentes/el-almacenamiento-atomico-deja-parcialmente-en-ridiculo-a-cualquier-disco-duro-actual

En el año 2016, un grupo de investigadores de la Universidad de Delft, demostró mediante un dispositivo de almacenamiento a escala atómica, guardar cerca de 500 Tb por pulgada cuadrada, una cifra que no tiene comparación con ningún sistema de almacenamiento actual. Una limitante con la que se han topado, es que la velocidad de lectura y escritura son muy bajas, en comparación con otros sistemas de lectura- escritura convencional. Hay otro problema adicional con este dispositivo, y es que el disco duro atómico no puede funcionar a temperatura ambiente, y debe estar encapsulado al vacío a una temperatura de -196 °C.

La densidad de almacenamiento lograda es realmente asombrosa, y lo normal en unidades de disco duro "de alta gama" es rondar el terabit por pulgada cuadrada. Como referencia, la empresa Micron anunciaba que sus memorias 3D NAND tienen una densidad de 2,77 Tbits por pulgada cuadrada. [34]

Gracias a los avances en nanotecnología, se está superando paulatinamente el proceso de producción, el cual es complejo, lento y engorroso. La construcción de este tipo de memoria se hace con átomos de cloro en una superficie de cobre para obtener una rejilla de cuadrados, tal como se muestra en la figura, que permite detectar huecos cuando hay un átomo que no está. El funcionamiento de escritura y lectura se realiza mediante un conjunto de agujas moleculares que terminan en un átomo, las cuales se encuentran acopladas a varios microscopios de fuerza atómica. Con este dispositivo se mueven los átomos de un lugar a otro en un espacio molecular restringido.

3D Xpoint

Es un nuevo tipo de memoria no volátil desarrollada por Intel y Micron, que es aproximadamente 1000 veces más rápida que la arquitectura NAND y 10 veces más rápida que la DRAM. Tan radical como suena esta tecnología, es importante tener algo en mente de las tecnologías actualmente vigentes, que se resumen en el siguiente cuadro:

Fuente de consulta: https://www.extremetech.com/extreme/211087-intel-micron-reveal-xpoint-a-new-memory-architecture-that-claims-to-outclass-both-ddr4-and-nand

La tecnología que usa 3D Xpoint es posible gracias a que omite el uso de transistores, basándose exclusivamente en un material que es capaz de cambiar los bits de baja resistencia a un estado de alta resistencia. El diseño del entramado es una especie de ajedrez tridimensional, que permite que los datos se almacenen y se recuperen de forma individual a una gran velocidad. [35]

Las primeras versiones ya se encuentran en el mercado únicamente para centros de datos de grandes empresas. Por consiguiente, esta tecnología no llegará aun a las masas por varios años.

En la siguiente gráfica, se muestra una comparación de las tecnologías actuales versus 3D XPonit. Por lo que su incursión en el mercado está garantizada.

Mientras NAND utiliza la carga eléctrica y el bloque de direccionamiento para almacenar datos, 3D XPoint utiliza resistencia eléctrica y direccionable por bit. [36] Las celdas de datos individuales no necesitan un transistor, por lo que la densidad de embalaje será similar a NAND y un orden de magnitud mejor que la DRAM. [37]

La variante de memoria USB del futuro

La U Transfer, una futurista memoria USB que permite transferir archivos directamente a otra memoria USB sin necesidad de una computadora. Este dispositivo, tendría una pantalla para visualizar los documentos a transferir y solamente se tendría que insertar otra memoria en la entrada del dispositivo y listo. Así de fácil y rápido. [38]

Referencias

[1] DRAM. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/DRAM

[2] Número de patente: FR09/52452, "Point mémorie RAM à un transistor", Institut Nationalle de la Propiété Industrielle.

[3] A-RAM: Novel capacitor less DRAM memory. 2009 IEEE International SOI Conference. Foster City, CA.

[4] DDR SDRAM. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/DDR_SDRAM

[5] DDR4 contra DDR3 ¿Merece la pena la actualización? (Consultado el 31 de Julio de 2016). Recuperado de: http://www.muycomputer.com/2016/01/25/ddr4-contra-ddr3

[6] DIMM. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/DIMM

[7] RIMM. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/RIMM

[8] DDR2. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/DDR2

[9] DDR3. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/DDR_3

[10] DDR4 SDRAM. (Consultado el 17 de enero de 2015). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/DDR4

[11] VRAM. (Consultado el 17 de enero de 2015). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/VRAM

[12] RAMDAC. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/RAMDAC

[13] SRAM. (Consultado el 17 de enero de 2013). Recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/SRAM

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