Tecnologías de memoria emergentes que seguirán evolucionando en 2023

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Las funciones de memoria principal y de almacenamiento están convergiendo gracias al desarrollo de nuevas tecnologías de memoria no volátil que quieren posicionarse en el mercado. En 2023 se verán importantes avances en varias categorías, enfocadas al almacenamiento computacional, el incremento de memoria principal y el almacenamiento de alta densidad, entre otras aplicaciones.

A medida que crecen las necesidades de computación y almacenamiento, acompañando a la digitalización, la industria de memoria está tratando de lanzar tecnologías más rápidas, polivalentes y eficientes que la DRAM y NAND flash empleadas en los ordenadores y dispositivos actuales.

En los últimos años han surgido soluciones como la memoria 3D Xpoint (Optane), de Intel, que puede utilizarse para el almacenamiento de datos de alta velocidad, para acelerar el acceso al almacenamiento HDD o para ampliar la memoria principal de los servidores. Pero su éxito ha sido efímero, y su único proveedor está abandonando esta línea de productos, que acabarán siendo sustituidos por otras soluciones.

Por su parte, otros fabricantes como Samsung, TSMC o GlobalFoundries están trabajando en tecnologías de memoria principal no volátil, como la RAM resistiva (ReRAM) o la RAM Magnetorresistiva (MRAM). Los principales analistas de la industria, como Tom Coughlin (Coughlin & Associates) o Jim Handy (Handy's Objective Analysis) han recopilado los avances que se están dando en estas y otras tecnologías de memoria, que en 2023 darán lugar a nuevos productos enfocados a las plataformas informáticas más avanzadas.

En una entrevista realizada por EE Times a Handy, este comenta que las mayores perspectivas de negocio para las memorias emergentes en 2023 se encuentran en ReRAM y MRAM, que encontrarán su lugar en dispositivos microcontroladores (MCU), ASIC y FPGA, como reemplazo a la memoria NOR tradicionalmente utilizada por la industria. Esta ha llegado a su límite de desarrollo, ya que ha dejado de ser compatible con las tecnologías de proceso de menos de 28 nanómetros, y deberá ser sustituida por otras tecnologías de memoria emergentes.

Próximos avances en la FRAM

Entre ellas, aparte de las mencionadas, se encuentra la RAM ferroeléctrica (FRAM), que puede satisfacer estas necesidades en densidades bajas, y tiene propiedades interesantes como una buena resistencia a la radiación y un bajo consumo, que interesan especialmente a la industria aeroespacial, la automotriz y ciertas aplicaciones industriales. Aunque para los mismos usos en aplicaciones que no son de misión crítica se optará sobre todo por memoria flash, debido a su menor coste.

La escalabilidad de FRAM a proceso más pequeños ha sido un problema durante muchos años, por problemas derivados de su mala integración en los procesos CMOS, por lo que los expertos Coughlin y Handy pronostican que el futuro de esta memoria está en la adopción de arquitecturas en 3D para ampliar la capacidad. En su informe destacan el desarrollo de tres tipos de memoria FRAM, que son la FRAM basada en condensadores, los transistores de efecto de campo ferroeléctrico (FeFET) y las uniones de túnel ferroeléctrico, y confían en que la popularidad de esta tecnología seguirá creciendo gracias al uso de materiales libres de plomo y bismuto, como el óxido de hafnio.

ReRAM para entornos exigentes y aplicaciones emergentes

En cuanto a la ReRAM, los expertos destacan su potencial para competir en el mismo ámbito de la FRAM, dado que también muestra una gran resistencia a la radiación y se ha logrado fabricar en densidades más pequeñas. Pero los fabricantes están teniendo menos problemas para aumenta su densidad de almacenamiento con el fin de comercializarla como memoria discreta, con ejemplos destacables como el de la firma Weebit Nano, que proporciona una ReRAM basada en óxido de silicio.

Sus creadores han ido anunciando nuevas soluciones basadas en su tecnología, con aplicaciones en MCU RISC-V, interfaces de sistema, memorias y periféricos. Además, se ha demostrado que esta memoria se puede fabricar con herramientas estándar y procesos maduros, facilitando su adopción para los diseños SoC de la industria. En el futuro, la compañía tratará de aumentar la densidad para adaptar aplicaciones integradas a densidades de memoria no volátil más elevadas en futuros SoC. Asimismo, tratarán de evolucionar las arquitecturas ReRAM de punto de cruce apiladas en 3D para aumentar la capacidad y minimizar el costo de los chips.

Otro campo de aplicación que en los próximos años podría generar un gran negocio para este tipo de memoria está en las aplicaciones de seguridad integrada por hardware, la memoria computacional de alta confiabilidad y resistencia y otros usos relacionados con la inteligencia artificial y las redes neuronales. Y esta tecnología no solo está siendo desarrollada por esta merca, sino que otros actores importantes de la industria trabajan en su propia ReRAM, como es el caso de SMIC.

RAM Magnetorresistiva para lograr densidades mayores

La tercera tecnología de memoria emergente que destacan estos expertos es la MRAM, que en los últimos años se ha podido evolucionar hasta lograr densidades más elevadas que sus homólogas. Dos de sus versiones se han situado entre las nueve tecnologías de memoria más relevantes: STT-MRAM y Toggle MRAM. Esta se está convirtiendo en el estándar de memoria persistente que reemplazará a la SRAM y ya se usa en aplicaciones de transporte, aeroespaciales, empresariales, médicas, industriales y en dispositivos IoT.

Por su parte, la STT-MRAM se ha posicionado como memoria universal para aplicaciones de centros de datos, gracias a la gran densidad que puede alcanzar ya su bajo costo y consumo de energía en comparación con Toggle MRAM. Ejemplos de ello son los productos de memoria integrados y discretos de Everspin Technologies, o los dispositivos EMxxLX STT-MRAM para sistemas electrónicos que requieren una alta persistencia e integridad de los datos, con un bajo consumo y latencia y una alta seguridad. Por ejemplo, en dispositivos IoT industriales, infraestructuras de redes/empresas, automatización de proceso y control, aeronáutica y aviónica, tecnologías médicas, juegos y plataformas FPGA.

Por el momento se considera como un sustituto viable para NOR flash en aplicaciones de alta densidad, pero no se espera que sustituya completamente a la memoria DRAM. En cambio, sí podría ser una buena opción como memoria adyacente que permita superar las limitaciones de la DRAM convencional, como lo ha sido 3D Xpoint en los últimos años. Y, gracias al estándar CXL (Compute Express Link), podrá integrarse más fácilmente en las plataformas informáticas más modernas.

Otras ventajas de la MRAM están en que puede fabricarse en nodos más pequeños y permite reducir el consumo mediante la miniaturización. Aunque todavía debe evolucionar en el ámbito de la fundición para alcanzar todo su potencial, este tipo de memoria encontrará muchos usos a partir de este año. Prueba de ello es que otras marcas importantes están trabajando en sus propias versiones de MRAM, como Avalanche Technology, y los proveedores están estableciendo asociaciones con fabricantes de diferentes tecnologías para ampliar su alcance en la industria, como Samsung o QuickLogic Corporation, entre otros.

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