La memoria más densa y más rápida desafía tanto a la DRAM como a la memoria flash

Un nuevo tipo de chip de memoria que una empresa de nueva creación acaba de comenzar a probar podría dar a los futuros teléfonos inteligentes y otros dispositivos informáticos un aumento de velocidad y almacenamiento. La tecnología, conocida como memoria de barra cruzada, puede almacenar datos aproximadamente 40 veces más densamente que la memoria más compacta disponible en la actualidad. También es más rápido y más eficiente energéticamente.

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La capacidad de la tecnología para almacenar una gran cantidad de datos en un espacio pequeño podría hacer que reemplazara los chips de memoria flash que son la base de las tarjetas de memoria, algunos discos duros y el almacenamiento interno de los dispositivos móviles. Se puede acceder a los datos y escribirlos en la memoria de barras cruzadas lo suficientemente rápido como para ver que también compiten con la DRAM, utilizada como memoria a corto plazo, en dispositivos informáticos. La tecnología es significativamente más eficiente desde el punto de vista energético que tanto la memoria flash como la DRAM.

Será mucho más denso y rápido que el flash porque no se basa en mover electrones alrededor o en transistores, dice Wei Lu , profesor de la Universidad de Michigan cuya investigación condujo al desarrollo de la memoria transversal. Lu también es cofundador y científico jefe de Crossbar, una startup con sede en Santa Clara, California, que comercializa la tecnología. Señala que inicialmente la empresa está desarrollando su tecnología para reemplazar el almacenamiento flash.

TSMC, el fabricante de chips por contrato más grande del mundo, está fabricando chips de memoria de barra transversal de demostración. Crossbar dice que la versión actual de la tecnología puede almacenar un terabyte de datos (1,000 gigabytes) en un solo chip de 200 milímetros cuadrados, aproximadamente el tamaño de un sello postal. En comparación, los chips de memoria flash más densos del mercado almacenan hoy 16 gigabytes en un solo chip. El chip más pequeño de este tipo, presentado por Micron en mayo de este año, tiene un área de 144 milímetros cuadrados.

La memoria de barra transversal se llama así debido a la estructura simple a nanoescala que se utiliza para almacenar datos. Dos capas de electrodos en forma de varilla espaciados uniformemente se apilan una encima de la otra, con las varillas de la capa superior orientadas a 90 grados con respecto a las de la capa inferior para formar una rejilla. Los bits de datos (1 y 0) se almacenan en cada una de las uniones donde se cruzan los electrodos de las diferentes capas.

Esa arquitectura básica de barra transversal se ha utilizado durante años como la base de nuevas ideas en electrónica, incluida la memoria (consulte Memoria molecular). Sin embargo, la versión de Lu es diferente en la forma en que almacena datos en las uniones, utilizando un espaciador simple hecho de silicio amorfo en cada unión en lugar de un material más exótico.

En los chips de Crossbar, ese espaciador separa el electrodo de la capa superior, hecha de plata, del de la capa inferior, hecha de un conductor no metálico. Los bits se almacenan haciendo que el espaciador cambie entre un aislante y un conductor, a veces permitiendo que la corriente pase entre los electrodos superior e inferior, a veces bloqueando la corriente. El espaciador puede conservar su estado, y por lo tanto un poco, sin energía.

Los datos se escriben aplicando un voltaje de control específico a una unión de barra transversal particular. La aplicación de un voltaje positivo hace que las nanopartículas de plata se escapen desde la varilla superior hacia el espaciador de silicio, y eventualmente penetren lo suficiente como para crear un camino eléctrico entre las varillas superior e inferior para que la corriente pueda fluir. La aplicación de un voltaje de control negativo puede revertir ese proceso. Los datos se leen de la memoria de la barra transversal probando la conductividad de cada unión.

En los chips de demostración que se están produciendo hoy, una capa de estructuras de memoria de barra transversal se apila sobre una capa de circuitos CMOS de silicio convencionales. Ese circuito lee, escribe y borra datos de las capas de memoria de la barra cruzada.

Crossbar, que ha recibido $ 25 millones en fondos de inversión de Kleiner Perkins Caufield & Byers, Artiman Ventures y Northern Light Venture Capital, comenzó a trabajar para comercializar la investigación de Lu en 2010. Una parte crucial del proceso de desarrollo fue adaptar la nueva tecnología para la fabricación en masa. en las fábricas de chips existentes, dice Lu. Se requirió experimentación para determinar cómo depositar las nuevas estructuras de barras transversales en la parte superior de los circuitos CMOS convencionales. No desea contaminar la capa CMOS o elevar tanto la temperatura que se dañe, dice Lu.

La tecnología de Crossbar se está preparando para el mercado en un momento en que los fabricantes de memorias están luchando por exprimir más densidad de datos de los métodos existentes para hacer memoria flash, dice Brian Cronquist, vicepresidente de 3D monolítico , una empresa que desarrolla diseños de arquitectura de chips 3-D. Las formas en que solían escalar la memoria flash ya no funcionan.

Los chips de memoria flash almacenan datos como islas de carga en una superficie, pero esas islas no pueden compactarse más de lo que están hoy, lo que hace que las mejoras en la densidad sean prácticamente imposibles. Eso ha llevado a Samsung y Toshiba a trabajar en chips de memoria flash 3-D, que acumulan múltiples superficies de almacenamiento de carga. Samsung produjo chips de trabajo listos para la producción en masa a principios de este año.

Sin embargo, dice Cronquist, ese enfoque no generará ganancias durante más de unos pocos años, por lo que una nueva tecnología deberá hacerse cargo. Crossbar's es un posible contendiente, dice, entre otros en desarrollo.

Uno de ellos es el de HP, basado en un componente eléctrico conocido como memristor, que se predijo que existía en 1971, pero que se fabricó por primera vez en 2008 (consulte Memristor Memory Ready for Production). HP dijo tan recientemente como el año pasado que lanzaría la tecnología a fines de 2013, pero no ha confirmado recientemente sus planes.

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