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 datos.
La memoria no volátil generalmente se refiere al almacenamiento en chips de memoria semiconductores , que almacenan datos en celdas de memoria de puerta flotante que consisten en MOSFET ( transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico ) de puerta flotante , incluido el almacenamiento de memoria flash como NAND flash y sólido. -unidades de estado (SSD).
Otros ejemplos de memoria no volátil incluyen memoria de sólo lectura (ROM), EPROM ( ROM programable y borrable ) y EEPROM (ROM programable y 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 [¿ a partir de? ] es una forma volátil de memoria de acceso aleatorio (RAM), lo que significa que cuando se apaga la computadora, todo lo que contiene 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. Normalmente, la memoria no volátil cuesta más, proporciona un rendimiento menor o tiene una vida útil limitada en comparación con la memoria de acceso aleatorio volátil.
El almacenamiento de datos no volátiles se puede clasificar en sistemas con dirección eléctrica, por ejemplo , memoria flash y memoria de sólo lectura ) y sistemas con dirección mecánica ( discos duros , discos ópticos , cintas magnéticas , memoria holográfica , etc.). [2] [3] En términos generales, los sistemas con dirección eléctrica son costosos, tienen capacidad limitada, pero son rápidos, mientras que los sistemas con dirección mecánica cuestan menos por bit, pero son más lentos.
Las memorias no volátiles semiconductoras direccionadas eléctricamente se pueden clasificar según su mecanismo de escritura.
Las ROM de máscara son programables de fábrica únicamente y normalmente se utilizan para productos de gran volumen que no requieren actualización después de fabricar el dispositivo de memoria.
La memoria programable de solo lectura (PROM) se puede modificar una vez después de fabricar el dispositivo de memoria utilizando un programador PROM . La programación suele realizarse antes de que el dispositivo se instale en su sistema de destino, normalmente un sistema integrado . La programación es permanente y futuros cambios requieren la sustitución 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 vez. Se puede implementar un dispositivo programable una sola vez (OTP) utilizando un chip EPROM sin ventana de cuarzo; esto es menos costoso de fabricar. Una memoria EEPROM de solo lectura programable y borrable eléctricamente utiliza voltaje para borrar la memoria. Estos dispositivos de memoria borrable requieren una cantidad significativa de tiempo para borrar datos y escribir datos nuevos; Por lo general, no están configurados para ser programados por el procesador del sistema de destino. Los datos se almacenan mediante transistores de puerta flotante , que requieren voltajes operativos especiales para atrapar o liberar carga eléctrica en una puerta 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 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 datos. NOR flash proporciona acceso aleatorio de alta velocidad, lectura y escritura de datos en ubicaciones de memoria específicas; puede recuperar tan solo un byte. NAND flash lee y escribe secuencialmente a alta velocidad, manejando datos en bloques. Sin embargo, es más lento en lectura en comparación con NOR. La memoria flash NAND lee más rápido de lo que escribe y transfiere rápidamente páginas enteras de datos. Menos costosa que el flash NOR a altas densidades, la tecnología NAND ofrece mayor capacidad para el silicio del mismo tamaño. [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 simple capa dieléctrica , el capacitor, una celda F-RAM contiene una delgada Película ferroeléctrica de titanato de circonato de plomo [Pb(Zr,Ti)O 3 ] , comúnmente conocida como PZT. Los átomos de Zr/Ti en el PZT cambian de polaridad en un campo eléctrico, produciendo así un interruptor binario. Debido a que el cristal PZT mantiene la polaridad, F-RAM conserva su memoria de datos cuando se corta o se interrumpe la alimentación.
Debido a esta estructura cristalina y a cómo se ve influenciada, F-RAM ofrece propiedades distintas de otras opciones de memoria no volátil, incluida una resistencia extremadamente alta, aunque no infinita (que supera los 10 16 ciclos de lectura/escritura para dispositivos de 3,3 V), consumo de energía ultrabajo. consumo (ya que F-RAM no requiere una bomba de carga como otras memorias no volátiles), velocidades de escritura de un solo ciclo y tolerancia a la radiación gamma. [5]
La RAM magnetorresistiva almacena datos en elementos de almacenamiento magnéticos 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 giro (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 los estados digitales 1 y 0. [8] [9]
La memoria FeFET utiliza un transistor con material ferroeléctrico para retener el estado de forma permanente.
RRAM (ReRAM) funciona cambiando la resistencia a través de un material dieléctrico de estado sólido a menudo denominado memristor. ReRAM implica generar defectos en una fina capa de óxido, conocidos como vacantes de oxígeno (lugares de enlace de óxido donde se ha eliminado el oxígeno), que posteriormente pueden cargarse y derivar 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 ReRAM se consideró inicialmente como una tecnología de reemplazo de la memoria flash, los beneficios de costo y rendimiento de ReRAM no han sido suficientes para que las empresas procedan con el reemplazo. Aparentemente, se puede utilizar una amplia gama de materiales para ReRAM. Sin embargo, el descubrimiento [10] de que el popular dieléctrico de puerta alta κ HfO 2 puede usarse como ReRAM de bajo voltaje ha alentado a los investigadores a investigar más posibilidades.
Los sistemas con dirección mecánica 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 tener 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 el de la memoria semiconductora, pero el coste por bit de datos almacenados es muy bajo y proporcionan acceso aleatorio a cualquier ubicación del disco. Antiguamente eran habituales los paquetes de discos extraíbles , que permitían ampliar la capacidad de almacenamiento. Los discos ópticos almacenan datos alterando una capa de pigmento en un disco de plástico y también son de acceso aleatorio. Hay disponibles versiones de solo lectura y lectura-escritura; Los medios extraíbles nuevamente permiten una expansión indefinida, y algunos sistemas automatizados (por ejemplo, máquina de discos óptica ) se utilizaron para recuperar y montar discos bajo el 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. [dieciséis]
Thinfilm produce memoria ferroeléctrica orgánica no volátil reescribible basada en polímeros ferroeléctricos . Thinfilm demostró con éxito las memorias impresas rollo a rollo en 2009. [17] [18] [19] En la memoria orgánica de Thinfilm, el polímero ferroeléctrico se intercala 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]