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IBM intenta reinventar la memoria
Un nuevo dispositivo de memoria basado en nanocables que están desarrollando los investigadores de IBM podría combinar las mejores cualidades de los diversos tipos de memoria que se utilizan en la actualidad, reduciendo los costos y mejorando el rendimiento. Si la memoria experimental se desarrolla, y el trabajo aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, podría servir como una memoria universal, sustituyendo a los diferentes tipos que se utilizan ahora.
Memoria de nanocables: Un nanocable magnético (línea delgada en la parte superior) hecho de hierro y níquel se estira entre los contactos eléctricos para probar las propiedades que podrían conducir a mejores dispositivos de memoria. El dispositivo almacena bits en forma de paredes de dominio (que se muestran en la parte inferior), que son áreas donde se encuentran dos regiones magnéticas en el nanoalambre.
Stuart Parkin , físico experimental de IBM Centro de Investigación de Almaden , en San José, CA, dice que la memoria, que empacaría cien bits de datos en un solo nanocable, podría almacenar de 10 a 100 veces más datos que flash, el tipo de memoria que se usa en cámaras digitales y otros dispositivos portátiles pequeños –Mientras opera a velocidades mucho más rápidas. Y debido a que es una memoria de estado sólido, sería mucho más resistente que los discos duros magnéticos, que requieren dispositivos mecánicos para leer y escribir datos. En principio, podríamos ser más baratos que el flash, más denso que el flash y varios órdenes de magnitud más rápidos, dice Parkin. Y no hay mecanismo de desgaste, por lo que es totalmente confiable.
Todo esto debería ser posible, dice Parkin, como resultado de aplicar nuevos conocimientos sobre el comportamiento a nanoescala de los materiales magnéticos y las corrientes electrónicas en estos materiales que abren el camino para almacenar muchos bits de datos en un solo nanoalambre. Parkin ha demostrado los elementos básicos del nuevo tipo de memoria, pero aún no ha construido un prototipo completo.
Aunque se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, la investigación ha atraído la atención debido al historial de Parkin de realizar importantes avances en la memoria magnética. Sus primeros descubrimientos e invenciones han multiplicado por mil la densidad de almacenamiento de los discos duros magnéticos, allanando el camino para los masivos centros de almacenamiento de datos cruciales para la Internet actual, además de hacer posible la inmensa capacidad de almacenamiento de dispositivos portátiles como como iPods. Los nuevos dispositivos de memoria combinarían las ventajas de los tres tipos de memoria que se utilizan ampliamente en la actualidad: discos duros, unidades flash y memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), evitando al mismo tiempo muchas de sus desventajas. Al igual que los discos duros, que son la forma más barata de memoria, los dispositivos propuestos por Parkin almacenarían bits de datos en un medio magnético. Pero a diferencia de los discos duros, no necesitarían un cabezal móvil ni discos giratorios para leer y escribir estos bits. De hecho, no habría partes mecánicas, lo que haría que la memoria de Parkin fuera mucho más robusta que un disco duro: no habría peligro de que el cabezal de lectura y escritura se estrellara contra los medios magnéticos y destruyera los datos.
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Vea dos posibles configuraciones de un nuevo tipo de memoria.
La memoria de Parkin también tendría ventajas sobre la memoria de estado sólido convencional, como DRAM y flash. A diferencia de DRAM, la nueva memoria no requeriría un suministro continuo de energía para almacenar datos. La memoria flash también tiene esta ventaja sobre la DRAM: puede almacenar datos sin energía. Pero es lento. La nueva memoria podría ser órdenes de magnitud más rápida que la flash, incluso rivalizando con la velocidad de la DRAM, dice Parkin.
Los dispositivos también podrían ser más compactos y económicos que la memoria de estado sólido convencional. Se asemejarían a esa memoria en el sentido de que utilizarían millones de dispositivos de lectura y escritura compactos dispuestos en una cuadrícula en un chip de memoria, en lugar de los pocos cabezales de lectura y escritura que se usan en los discos duros. Pero a diferencia de la memoria de estado sólido convencional, en la que cada dispositivo de lectura y escritura puede almacenar entre uno y cuatro bits, cada uno estaría emparejado con un nanocable que puede almacenar entre 10 y 100 bits. Estos bits serían transportados rápidamente a lo largo del nanoalambre, propulsados por pulsos electrónicos, luego leídos o escritos en un punto a lo largo del nanoalambre.
El uso de menos cabezales de lectura y escritura por bit es una disposición más compacta que la memoria de estado sólido convencional. Este es particularmente el caso si los nanocables están orientados perpendicularmente a la superficie del chip, de manera que crecen verticalmente desde la superficie, o se depositan en pozos tallados en el chip. En este caso, se pueden almacenar 100 bits en la misma área que un bit en un dispositivo convencional. Esta disposición es clave para hacer que la memoria sea más densa y también menos costosa.
Es fundamental para la tecnología encontrar una forma de transportar bits a lo largo de un nanoalambre. En la memoria de Parkin, los bits de información se almacenarían creando o eliminando límites magnéticos llamados paredes de dominio dentro de los nanocables magnéticos. Estos bits de pared de dominio crean campos magnéticos distintivos que se pueden leer con dispositivos convencionales. Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que estas paredes se pueden mover mediante campos magnéticos, pero las paredes se moverían en la misma dirección, aniquilándose entre sí. La clave para que el dispositivo funcione fue el descubrimiento de que las corrientes electrónicas en materiales magnéticos pueden mover estas paredes a lo largo de un nanoalambre y moverlas todas en la misma dirección. Eso hace posible cambiar los bits para que sean leídos por dispositivos de lectura y escritura únicos.
Antes de que dichos dispositivos de memoria estén en los estantes de las tiendas, hay un par de problemas que deben resolverse. Primero, la corriente requerida para mover las paredes del dominio es demasiado alta para ser práctica. Parkin dice que está progresando en este frente, habiendo descubierto que la corriente se puede reducir ajustando la frecuencia de ráfagas cortas. También está trabajando con nuevos materiales que pueden requerir menos corriente.
Un segundo desafío es comprender mejor el comportamiento de los muros de dominio. Por ejemplo, no está claro cómo los defectos en un nanoalambre pueden afectar su comportamiento, o qué tan cerca se pueden espaciar las paredes del dominio. Las respuestas a estas preguntas pueden determinar cuánto más densa será la memoria, dice Stuart Wolf , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Virginia. Wolf también señala que será difícil alcanzar las velocidades de DRAM, ya que habrá cierto retraso en el desplazamiento de las paredes de dominio a lo largo de un nanocable.
Los investigadores probablemente comenzarán con una versión simple de la tecnología, en la que los nanocables están dispuestos horizontalmente en un chip, en lugar de verticalmente. Esto permitirá que los chips de memoria sean tan densos como la memoria flash, pero con un rendimiento mucho más rápido y una mayor confiabilidad que la memoria flash. Si tiene éxito, justificaría gastar más dinero en dispositivos aún más compactos que utilicen nanocables verticales, dice Parkin.