Actualizado a: 19 de enero de 2024
Existen muchos tipos y tecnologías de memoria RAM que están surgiendo o que están encontrando ahora su aplicación práctica. La STT RAM es uno de ellos, con interesantes mejoras con respecto a las memorias convencionales actuales, pudiendo traer algunas interesantes mejoras. ¿Quieres conocerla? Vamos a ello…
- También te puede interesar nuestro artículo sobre los tipos de RAM existentes
¿Qué es el torque de transferencia de espín?
El fenómeno conocido como torque de transferencia de espín (STT, por sus siglas en inglés) se refiere a la modificación de la dirección de una capa magnética en una unión de túnel magnético o una válvula de espín mediante el uso de una corriente eléctrica polarizada por espín.
Los portadores de carga, como los electrones, poseen una propiedad llamada espín, que es una pequeña cantidad de momento angular intrínseco. Normalmente, una corriente eléctrica no está polarizada, lo que significa que consiste en una distribución equitativa de electrones con espines hacia arriba y hacia abajo (un 50% en cada dirección).
Sin embargo, al hacer pasar una corriente a través de una capa magnética más gruesa, a menudo llamada capa fija, es posible generar una corriente polarizada por espín. Cuando esta corriente polarizada por espín se dirige hacia una segunda capa magnética más delgada, conocida como capa libre, se transfiere momento angular a esta capa, lo que provoca un cambio en su orientación magnética. Este proceso puede utilizarse para inducir oscilaciones o incluso alterar la dirección magnética.
Esto aplicado en la electrónica, permitiría conseguir almacenar bits (0s y 1s) de forma magnética, según la orientación, y luego leer estos datos.
¿Qué es la memoria STT RAM?
El término «STT» se refiere a «par de transferencia de giro». En un dispositivo STT-MRAM, se logra invertir el espín de los electrones mediante una corriente polarizada por espín. Esto se lleva a cabo en una estructura de unión de túnel magnético (MTJ) o válvula de giro, y los dispositivos STT-MRAM emplean uniones de túnel STT (STT-MTJ). La corriente polarizada por espín se genera al hacer pasar una corriente a través de una fina capa magnética, y luego se dirige hacia una capa magnética aún más delgada, transfiriendo el momento angular a la capa delgada y provocando su cambio de orientación magnética.
La MRAM o RAM magnetorresistiva es un tipo de memoria no volátil que ha estado en desarrollo desde la década de 1990. Aunque tecnologías como la memoria flash y la DRAM han frenado su desarrollo hasta ahora, la nueva memoria STT abre nuevas perspectivas y tiene el potencial de convertirse en la tecnología dominante.
STT (Spin-Transfer Torque), el fenómeno del que hablamos y que da nombre a la STT-RAM, está relacionado con la dirección magnética de una capa en una unión de túnel magnético o válvula de espín, que puede ser alterada mediante una corriente polarizada por espín. Esto permite almacenar información y crear memorias como la STT-RAM, que se caracterizan por ser más eficientes, rápidas y adecuadas para diversas aplicaciones.
¿Y cuál es la aplicación de todo esto? Una de las áreas donde se pueden implementar inicialmente son los modernos SSD. A pesar de su velocidad actual, todavía no son lo suficientemente rápidos para ciertas tareas en entornos empresariales. La ventaja es que podrían incorporar búferes o cachés basados en este tipo de memorias, que superan en velocidad a la RAM convencional, lo que aumentaría aún más el rendimiento de las unidades de procesamiento. Lo más destacado es que estos chips basados en espintrónica también ofrecen un alto rendimiento y características similares a las memorias no volátiles.
La tecnología STT-MRAM está demostrando un gran potencial en aplicaciones específicas y sus perspectivas futuras son cada vez más prometedoras en el campo de la informática. Su combinación con otras tecnologías como In-memory y Near-memory puede maximizar la velocidad de acceso, tanto en lectura como en escritura, en unidades de procesamiento cada vez más rápidas que se ven limitadas por las memorias actuales.
Además, estas celdas no solo permiten ahorrar espacio en la superficie de silicio, lo que aumenta la densidad y capacidad por unidad de superficie, sino que, en combinación con tecnologías como el empaquetado 3D, podría dar lugar a memorias extremadamente amplias y veloces. Esto revolucionaría la idea de que una memoria de gran capacidad no puede ser rápida debido a los costos asociados cuando la tecnología SST-RAM madure.
STT-RAM vs Toggle RAM
STT-MRAM, también conocido como STT-RAM o en ocasiones ST-MRAM y ST-RAM, representa una categoría avanzada de dispositivos de memoria tipo MRAM. En comparación con los dispositivos convencionales, esencialmente los Toggle MRAM, STT-MRAM ofrece densidades superiores (es decir, se permitirían capacidades de almacenamiento más grandes), un consumo de energía más eficiente y costos reducidos. Su ventaja principal sobre los Toggle MRAM radica en su capacidad para ampliar los chips STT-MRAM con el fin de alcanzar densidades más elevadas a un costo menor.
STT-MRAM posee el potencial para convertirse en una tecnología de almacenamiento de vanguardia para unidades SSD, ya que se trata de una memoria de alto rendimiento que puede competir con DRAM y SRAM. Además, puede escalar por debajo de los 10 nanómetros y desafiar el costo asociado a la memoria flash de bajo rendimiento.
STT-RAM perpendicular
STT-MRAM perpendicular es una variante especial de la estructura STT-MRAM que se diferencia de la «normal» en que, en lugar de emplear un MTJ en el plano (iMTJ), algunos dispositivos STT-MRAM utilizan una estructura optimizada conocida como MTJ perpendicular (pMTJ), en la cual los momentos magnéticos están dispuestos de manera perpendicular a la superficie del sustrato de silicio.
La STT-MRAM perpendicular se caracteriza por su mayor capacidad de escalabilidad en comparación con la STT-MRAM iMTJ y presenta un coste más competitivo. Por lo tanto, la STT-MRAM perpendicular se considera una tecnología muy prometedora para reemplazar a la DRAM y otras tecnologías de memoria. Es decir, si antes hablábamos de la SSD, también podría ser un sustituto de las DRAM para la memoria RAM.
Desarrollo de la STT-RAM
Hynix Semiconductor y Grandis se convirtieron en los pioneros en la exploración comercial de la memoria STT-RAM en el año 2008. Un año después, Hitachi y la Universidad Tohoku lograron demostrar el funcionamiento de una memoria STT-RAM de 32-Mbit.
En agosto de 2011, Samsung Electronics adquirió Grandis debido al gran interés que despertaba esta tecnología de memoria. En ese mismo año, Qualcomm presentó una memoria embebida de 1Mbit basada en STT-MRAM, una variante magnética de la tecnología. Esta memoria fue fabricada por TSMC utilizando el proceso de 45nm LP. En mayo del mismo año, Russian Nanotechnology Corp anunció una inversión significativa en Crocus Nano Electronics para la construcción de una fábrica de MRAM en Moscú.
En 2012, Everspin Technologies lanzó la primera DDR3 con STT-MRAM con una capacidad de 64Mb para su uso en aplicaciones comerciales. Unos años más tarde, la misma compañía logró alcanzar 1Gb de capacidad en un solo chip de SST-MRAM. En el mismo año, Intel también mostró interés en esta tecnología para su uso en una memoria L4. Desde entonces, el interés por la tecnología STT-MRAM no ha dejado de crecer.
Varias empresas, entre ellas IBM, Samsung, Everspin, Avalanche Technologies, Spin Transfer Technologies y Crocus, están en proceso de desarrollo de chips STT-MRAM. En abril de 2016, Everspin anunció el envío de muestras de ST-MRAM de 256 Mb a sus clientes. Estos nuevos chips demuestran velocidades de interfaz comparables a las de la DRAM, con interfaces DDR3 y DDR4. Se espera que la producción en volumen esté disponible en un futuro cercano.
En agosto de 2016, Everspin comenzó a realizar pruebas con chips ST-MRAM basados en pMTJ. Aunque estos primeros chips tienen un tamaño de 256 MB, las versiones pMTJ ofrecen un rendimiento mejorado, mayor resistencia, menor consumo de energía y una mayor capacidad de escalabilidad en comparación con los productos ST-MRAM iMTJ anteriores. Everspin está expandiendo la producción de 256 Mb pMTJ ST-MRAM y está trabajando en el desarrollo de una versión de 1 Gb de menor tamaño.
Comercialización
Como mencioné previamente, esta tecnología ya se encuentra en el mercado para aplicaciones específicas, sobre todo en el ámbito de la informática de alto rendimiento (HPC), que demanda un alto nivel de desempeño en sus componentes clave. No obstante, su adopción se extenderá rápidamente a otras áreas de aplicación dentro de este sector en particular, de la informática de consumo. De hecho, algunos de los primeros chips STT-RAM lanzados se han empleado en dispositivos electrónicos convencionales.
Imagina las posibilidades que se abren con estas nuevas tecnologías en auge. Podríamos disponer de memorias caché en los procesadores con capacidades mucho mayores, o incluso contar con memorias RAM con mayor capacidad y más rápidas que las que utilizamos en la actualidad. Además, los SSDs podrían ofrecer tiempos de acceso aún más reducidos, lo que impulsaría aún más el rendimiento de la computación. Con esto, las unidades de procesamiento no se verían tan limitadas al intentar acceder a niveles superiores en la jerarquía de memoria. En definitiva, se avecinan avances sumamente prometedores en este sentido…
