La memoria no volátil ( NVM ) o almacenamiento no volátil es un tipo de memoria de computadora que puede retener información almacenada incluso después de que se corta la energía. Por el contrario, la memoria volátil necesita energía constante para retener los datos.
La memoria no volátil generalmente se refiere al almacenamiento en chips de memoria semiconductores , que almacenan datos en celdas de memoria de compuerta flotante que consisten en MOSFET de compuerta flotante ( transistores de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor ), incluido el almacenamiento de memoria flash como flash NAND y unidades de estado sólido (SSD).
Otros ejemplos de memoria no volátil incluyen la memoria de solo lectura (ROM), EPROM ( ROM programable borrable ) y EEPROM (ROM programable borrable eléctricamente), RAM ferroeléctrica , la mayoría de los tipos de dispositivos de almacenamiento de datos informáticos (por ejemplo, almacenamiento en disco , unidades de disco duro , discos ópticos , disquetes y cintas magnéticas ) y los primeros métodos de almacenamiento informático, como cintas perforadas y tarjetas . [1]
La memoria no volátil se utiliza normalmente para tareas de almacenamiento secundario o almacenamiento persistente a largo plazo. La forma de almacenamiento primario más utilizada en la actualidad es una forma volátil de memoria de acceso aleatorio (RAM), lo que significa que cuando se apaga la computadora , todo lo que está contenido en la RAM se pierde. Sin embargo, la mayoría de las formas de memoria no volátil tienen limitaciones que las hacen inadecuadas para su uso como almacenamiento primario. Por lo general, la memoria no volátil cuesta más, ofrece un rendimiento menor o tiene una vida útil limitada en comparación con la memoria de acceso aleatorio volátil.
El almacenamiento de datos no volátil se puede clasificar en sistemas direccionados eléctricamente, por ejemplo, memoria flash y memoria de solo lectura ) y sistemas direccionados mecánicamente ( discos duros , discos ópticos , cinta magnética , memoria holográfica y similares). [2] [3] En términos generales, los sistemas direccionados eléctricamente son caros y tienen una capacidad limitada, pero son rápidos, mientras que los sistemas direccionados mecánicamente cuestan menos por bit, pero son más lentos.
Las memorias semiconductoras no volátiles direccionadas eléctricamente se pueden clasificar según su mecanismo de escritura.
Las ROM de máscara solo se pueden programar en fábrica y normalmente se utilizan para productos de gran volumen que no es necesario actualizar una vez fabricado el dispositivo de memoria.
La memoria de solo lectura programable (PROM) se puede modificar una vez que se fabrica el dispositivo de memoria mediante un programador de PROM . La programación suele realizarse antes de instalar el dispositivo en su sistema de destino, normalmente un sistema integrado . La programación es permanente y los cambios posteriores requieren el reemplazo del dispositivo. Los datos se almacenan alterando físicamente (quemando) los sitios de almacenamiento en el dispositivo.
Una EPROM es una ROM borrable que se puede cambiar más de una vez. Sin embargo, escribir nuevos datos en una EPROM requiere un circuito programador especial. Las EPROM tienen una ventana de cuarzo que permite borrarlas con luz ultravioleta, pero todo el dispositivo se borra de una sola vez. Se puede implementar un dispositivo programable de una sola vez (OTP) utilizando un chip EPROM sin la ventana de cuarzo; esto es menos costoso de fabricar. Una memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) utiliza voltaje para borrar la memoria. Estos dispositivos de memoria borrables requieren una cantidad significativa de tiempo para borrar datos y escribir nuevos datos; por lo general, no están configurados para ser programados por el procesador del sistema de destino. Los datos se almacenan utilizando transistores de compuerta flotante , que requieren voltajes operativos especiales para atrapar o liberar carga eléctrica en una compuerta de control aislada para almacenar información.
La memoria flash es un chip de estado sólido que mantiene los datos almacenados sin ninguna fuente de alimentación externa. Es un pariente cercano de la EEPROM; se diferencia en que las operaciones de borrado deben realizarse en función de los bloques y su capacidad es sustancialmente mayor que la de una EEPROM. Los dispositivos de memoria flash utilizan dos tecnologías diferentes, NOR y NAND, para mapear los datos. La memoria flash NOR proporciona acceso aleatorio de alta velocidad, leyendo y escribiendo datos en ubicaciones de memoria específicas; puede recuperar tan solo un byte. La memoria flash NAND lee y escribe secuencialmente a alta velocidad, manejando datos en bloques. Sin embargo, es más lenta en la lectura en comparación con NOR. La memoria flash NAND lee más rápido de lo que escribe, transfiriendo rápidamente páginas completas de datos. Menos costosa que la memoria flash NOR a altas densidades, la tecnología NAND ofrece mayor capacidad para el mismo tamaño de silicio. [4]
La RAM ferroeléctrica ( FeRAM , F-RAM o FRAM ) es una forma de memoria de acceso aleatorio similar en construcción a la DRAM ; ambas usan un capacitor y un transistor, pero en lugar de usar una capa dieléctrica simple (el capacitor), una celda F-RAM contiene una película ferroeléctrica delgada de zirconato titanato de plomo [Pb(Zr,Ti)O 3 ] , comúnmente conocida como PZT. Los átomos de Zr/Ti en el PZT cambian la polaridad en un campo eléctrico, produciendo así un cambio binario. Debido a que el cristal PZT mantiene la polaridad, la F-RAM retiene su memoria de datos cuando se apaga o se interrumpe la energía.
Debido a esta estructura cristalina y cómo se ve influenciada, la F-RAM ofrece propiedades distintas a las de otras opciones de memoria no volátil, incluyendo una resistencia extremadamente alta, aunque no infinita (superior a 10 16 ciclos de lectura/escritura para dispositivos de 3,3 V), un consumo de energía ultrabajo (ya que la F-RAM no requiere una bomba de carga como otras memorias no volátiles), velocidades de escritura de ciclo único y tolerancia a la radiación gamma. [5]
La memoria RAM magnetorresistiva almacena datos en elementos de almacenamiento magnético llamados uniones de túnel magnético (MTJ). La primera generación de MRAM, como la de 4 Mbit de Everspin Technologies , utilizaba escritura inducida por campo. La segunda generación se desarrolla principalmente a través de dos enfoques: conmutación asistida térmicamente (TAS) [6] que está siendo desarrollada por Crocus Technology , y par de transferencia de espín (STT) que están desarrollando Crocus , Hynix , IBM y varias otras empresas. [7]
La memoria de cambio de fase almacena datos en vidrio de calcogenuro , que puede cambiar reversiblemente la fase entre el estado amorfo y el cristalino , lo que se logra calentando y enfriando el vidrio. El estado cristalino tiene baja resistencia y la fase amorfa tiene alta resistencia, lo que permite que las corrientes se enciendan y apaguen para representar estados digitales 1 y 0. [8] [9]
La memoria FeFET utiliza un transistor con material ferroeléctrico para retener el estado de forma permanente.
La memoria de acceso aleatorio (ReRAM) funciona modificando la resistencia a través de un material dieléctrico de estado sólido, a menudo denominado memristor. La ReRAM implica la generación de defectos en una fina capa de óxido, conocida como vacantes de oxígeno (ubicaciones de enlaces de óxido donde se ha eliminado el oxígeno), que posteriormente pueden cargarse y desplazarse bajo un campo eléctrico. El movimiento de los iones de oxígeno y las vacantes en el óxido sería análogo al movimiento de los electrones y los huecos en un semiconductor.
Aunque inicialmente se consideró que la ReRAM sería una tecnología de reemplazo de la memoria flash, los beneficios en términos de costo y rendimiento de la ReRAM no han sido suficientes para que las empresas la reemplacen. Aparentemente, se puede utilizar una amplia gama de materiales para la ReRAM. Sin embargo, el descubrimiento [10] de que el popular dieléctrico de compuerta de alto κ HfO 2 se puede utilizar como una ReRAM de bajo voltaje ha animado a los investigadores a investigar más posibilidades.
Los sistemas direccionados mecánicamente utilizan un cabezal de grabación para leer y escribir en un medio de almacenamiento designado. Dado que el tiempo de acceso depende de la ubicación física de los datos en el dispositivo, los sistemas direccionados mecánicamente pueden ser de acceso secuencial . Por ejemplo, la cinta magnética almacena datos como una secuencia de bits en una cinta larga; es necesario transportar la cinta más allá del cabezal de grabación para acceder a cualquier parte del almacenamiento. Los medios de cinta se pueden extraer de la unidad y almacenar, lo que proporciona una capacidad indefinida a costa del tiempo necesario para recuperar una cinta desmontada. [11] [12]
Las unidades de disco duro utilizan un disco magnético giratorio para almacenar datos; el tiempo de acceso es más largo que para la memoria de semiconductores, pero el costo por bit de datos almacenados es muy bajo y proporcionan acceso aleatorio a cualquier ubicación en el disco. Anteriormente, los paquetes de discos extraíbles eran comunes, lo que permitía ampliar la capacidad de almacenamiento. Los discos ópticos almacenan datos alterando una capa de pigmento en un disco de plástico y son de acceso aleatorio similar. Hay versiones de solo lectura y de lectura y escritura disponibles; los medios extraíbles nuevamente permiten una expansión indefinida y se utilizaron algunos sistemas automatizados (por ejemplo, la máquina de discos óptica ) para recuperar y montar discos bajo control directo del programa. [13] [14] [15]
La memoria de pared de dominio (DWM) almacena datos en uniones de túnel magnético (MTJ), que funcionan controlando el movimiento de la pared de dominio (DW) en nanocables ferromagnéticos. [16]
Thinfilm produce memorias ferroeléctricas orgánicas no volátiles regrabables basadas en polímeros ferroeléctricos . Thinfilm demostró con éxito la impresión de memorias de rollo a rollo en 2009. [17] [18] [19] En la memoria orgánica de Thinfilm, el polímero ferroeléctrico está intercalado entre dos conjuntos de electrodos en una matriz pasiva. Cada cruce de líneas metálicas es un condensador ferroeléctrico y define una celda de memoria.
La memoria principal no volátil (NVMM) es un almacenamiento primario con atributos no volátiles. [20] Esta aplicación de memoria no volátil presenta desafíos de seguridad. [21] NVDIMM es un ejemplo de memoria principal no volátil.