TIPOS DE MEMORIA USADAS PARA SISTEMAS INFORMÁTICOS

Ms. Ing. Jairo E. Márquez D.

Este documento es una recopilación y adaptación de información según normasGPL, donde se citan las fuentes de consulta para efectos de verificación yreconocimiento de las mismas.

DRAM [1]

DRAM (Dynamic Random Access Memory) es un tipo de memoria dinámica deacceso aleatorio que se usa principalmente en los módulos de memoria RAM y enotros dispositivos, como memoria principal del sistema. Se denomina dinámica, yaque para mantener almacenado un dato, se requiere revisar el mismo y recargarlo,cada cierto período, en un ciclo de refresco. Su principal ventaja es la posibilidadde construir memorias con una gran densidad de posiciones y que todavíafuncionen a una velocidad alta: en la actualidad se fabrican integrados conmillones de posiciones y velocidades de acceso medidos en millones de bit porsegundo. Es una memoria volátil, es decir cuando no hay alimentación eléctrica, lamemoria no guarda la información. Inventada a finales de los sesenta, es una delas memorias más usadas en la actualidad.

Fig. DRAM

La celda de memoria es la unidad básica de cualquier memoria, capaz dealmacenar un Bit en los sistemas digitales. La construcción de la celda define elfuncionamiento de la misma, en el caso de la DRAM moderna, consiste en un

transistor de efecto de campo y un condensador. El principio de funcionamientobásico, es sencillo: una carga se almacena en el condensador significando un 1 ysin carga un 0. El transistor funciona como un interruptor que conecta ydesconecta al condensador. Este mecanismo puede implementarse condispositivos discretos y de hecho muchas memorias anteriores a la época de lossemiconductores, se basaban en arreglos de celdas transistor-condensador.

Las celdas en cualquier sistema de memoria, se organizan en la forma de matricesde dos dimensiones, a las cuales se accede por medio de las filas y las columnas.En la DRAM estas estructuras contienen millones de celdas y se fabrican sobre lasuperficie de la pastilla de silicio formando áreas que son visibles a simple vista.En el ejemplo tenemos un arreglo de 4x4 celdas, en el cual las líneas horizontalesconectadas a las compuertas de los transistores son las llamadas filas y las líneasverticales conectadas a los canales de los FET son las columnas.

Para acceder a una posición dememoria se necesita una direcciónde 4 bits, pero en las DRAM lasdirecciones están multiplexadas entiempo, es decir se envían pormitades. Las entradas marcadascomo a0 y a1 son el bus dedirecciones y por el mismo entra ladirección de la fila y después la dela columna. Las direcciones sediferencian por medio de señalesde sincronización llamadas RAS

(del inglés Row Address Strobe) y CAS (Column Address Strobe) que indican laentrada de cada parte de la dirección.

Los pasos principales para una lectura son:

Las columnas son precargadas a un voltaje igual a la mitad del voltaje de 1 lógico.Esto es posible ya que las líneas se comportan como grandes condensadores,dada su longitud tienen un valor más alto que la de los condensadores en lasceldas.

Una fila es energizada por medio del decodificador de filas que recibe la direccióny la señal de RAS. Esto hace que los transistores conectados a una fila conduzcany permitiendo la conexión eléctrica entre las líneas de columna y una fila decondensadores. El efecto es el mismo que se produce al conectar doscondensadores, uno cargado y otro de carga desconocida: se produce un balance

de que deja a los dos con un voltaje muy similar, compartiendo las cargas. Elresultado final depende del valor de carga en el condensador de la celdaconectada a cada columna. El cambio es pequeño, ya que la línea de columna esun condensador más grande que el de la celda.

El cambio es medido y amplificado por una sección que contiene circuitos derealimentación positiva: si el valor a medir es menor que la mitad del voltaje de 1lógico, la salida será un 0, si es mayor, la salida se regenera a un 1. Funcionacomo un redondeo.

La lectura se realiza en todas las posiciones de una fila de manera que al llegar lasegunda parte de la dirección, se decide cual es la celda deseada. Esto sucedecon la señal CAS. El dato es entregado al bus de datos por medio de la lineo D.O.y las celdas involucradas en el proceso son reescritas, ya que la lectura de laDRAM es destructiva.

La escritura en una posición de memoria tiene un proceso similar al de arriba, peroen lugar de leer el valor, la línea de columna es llevada a un valor indicado por lalínea D.I. y el condensador es cargado o descargado. El flujo del dato es mostradocon una línea gruesa en el gráfico.

A-RAM

A-RAM (Advanced-Random AccessMemory) es un tipo de memoria DRAMbasada en celdas de un solo transistor.Esta tecnología ha sido inventada en laUniversidad de Granada (España) encolaboración con el Centre National de laRecherche Scientifique, CNRS (Francia).

La memoria A-RAM, a diferencia de lasmemorias DRAM convencionales, nonecesita de ningún elemento extrínseco de almacenamiento de la información(condensador de almacenamiento). Cada bit se almacena en un transistorespecialmente diseñado. A medida que la tecnología de circuitos semiconductoresevolucione hacia nodos por debajo de los 45nm [2], es de esperar que latecnología convencional de almacenamiento no-volátil DRAM encuentre muylimitada su capacidad de escalado. Alternativamente se han propuesto nuevosconceptos de memoria basados en los efectos de cuerpo flotante de lostransistores de silicio-sobre-aislante (Silicon-on-insulator). Estas memoriasconocidas como memorias de un solo transistor (1T-DRAM) incluyen a lastecnologías A-RAM, TT-RAM y Z-RAM [3].

DDR SDRAM [4]

En informática, DDR (del inglés double data rate, en español «doble tasa detransferencia de datos») es una tecnología que permite a ciertos módulos dememoria RAM compuestos por memorias síncronas (SDRAM), disponibles enencapsulado DIMM, la capacidad de transferir simultáneamente datos por doscanales distintos en un mismo ciclo de reloj. Los módulos DDR soportan unacapacidad máxima de 1 GiB (1 073 741 824 bytes).

Fig. Módulo de memoria DDR.

Fueron primero adoptadas de sistemas equipados con procesadores AMD Athlon.Intel con su Pentium 4 en un principio utilizó únicamente memorias RAMBUS, máscostosas. Ante el avance en ventas y buen rendimiento de los sistemas AMDbasados en DDR SDRAM, Intel se vio obligado a cambiar su estrategia y utilizarmemoria DDR, lo que le permitió competir en precio. Son compatibles con losprocesadores de Intel Pentium 4 que disponen de un front-side bus de 64 bits dedatos y frecuencias de reloj internas que van desde los 200 a los 400 MHz.

Se utiliza la nomenclatura PC-XXXX, dónde se indica el ancho de banda delmódulo y pueden transferir un volumen de información de 8 bytes en cada ciclo dereloj a las frecuencias descritas. Un ejemplo de cálculo para PC1600:

100 MHz x 2 datos por ciclo x 8 B = 1600 MB/s = 1 600 000 000 bytes porsegundo

Fig. Comparación gráfica entre memorias DDR, DDR2 y DDR3 para estaciones detrabajo.

Muchas placas base permiten utilizar estas memorias en dos modos de trabajodistintos:

Single memory channel: todos los módulos de memoria intercambian informacióncon el bus a través de un solo canal, para ello sólo es necesario introducir todoslos módulos DIMM en el mismo banco de slots.

Dual memory channel: se reparten los módulos de memoria entre los dos bancosde ranuras diferenciados en la placa base, y pueden intercambiar datos con el busa través de dos canales simultáneos, uno para cada banco.

Fig. Comparación gráfica entre memorias DDR, DDR2 y DDR3 para computadorasportátiles.

SIPP: Es el acrónimo inglés de Single In-line Pin Package (Paquete de Pines enLínea Simple) y consiste en un circuito impreso (también llamado módulo) en elque se montan varios chips de memoria RAM, con una disposición de pinescorrelativa (de ahí su nombre). Tiene un total de 30 pines a lo largo del borde delcircuito, que encajan con las ranuras o bancos de conexión de memoria de laplaca base del ordenador, y proporciona 8 bits por módulo. Se usó en sistemas80286 y fueron reemplazadas por las SIMM, más fáciles de instalar y queproporcionan 8 o 32 bits por módulo (según si son de 30 o de 72 contactos).

SIMM: (siglas de Single In-line Memory Module), Es un formato para módulos dememoria RAM que consisten en placas de circuito impreso sobre las que semontan los integrados de memoria DRAM. Estos módulos se inserta en zócalossobre la placa base. Los contactos en ambas caras están interconectados, esta esla mayor diferencia respecto de sus sucesores los DIMMs. Fueron muy popularesdesde principios de los 80 hasta finales de los 90, el formato fue estandarizado porJEDEC bajo el número JESD-21C.

fig. SIMM de 30 pines y 72 pines (tercera ycuarta desde arriba).

Su gran ventaja es que elimina casi la mitadde la placa madre, convierte los conectores enindependientes del formato de chip dememoria utilizado, y aporta más seguridad a lahora del mantenimiento y las ampliaciones.Vienen además nominados en Bytes en lugarde en bits como los chips de memoria. Lasprimeras placas requieren insertarlos apresión, pero al poco se generaliza el formatoactual de inserción por giro.

El factor de forma de memoria RAM utilizadoen PC es una presentación de los módulos dememoria que fue utilizado en los sistemascuyos buses de datos eran de 32 bits omenos. A partir del uso de buses de 64 bits

han sido reemplazados por los DIMM, que son el nuevo factor de forma estándarpara los módulos de memoria usados en ordenadores personales, en los que lacapacidad de almacenamiento ya se mide en gigabytes.

Un PC usa tanto memoria de nueve bits (ocho bits para datos y un bit parachequeo, o control, de paridadad, en 9 chips de memoria RAM dinámica) comomemoria de ocho bits sin paridad.

DIMM: [5] (sigla en inglés de dual in-line memory module, traducido como «módulode memoria en línea doble») son módulos de memoria RAM utilizados en lascomnputadoras personales. Se trata de un pequeño circuito impreso que contienecircuitos integrados de memoria, y se conecta directamente en ranuras de la placabase. Los módulos DIMM son reconocibles externamente por poseer suscontactos (o pines) separados en ambos lados, a diferencia de los SIMM queposeen los contactos de modo que los de un lado están unidos con los del otro.

Los módulos DIMM comenzaron a reemplazar a los SIMM como el tipopredominante de memoria cuando los microprocesadores Intel Pentium tomarondominio del mercado.

Un DIMM puede comunicarse con la caché a 64 bits (y algunos a 72 bits), adiferencia de los 32 bits de los SIMM.

El hecho de que los módulos en formato DIMM sean memorias de 64 bits, explicapor qué no necesitan emparejamiento. Los módulos DIMM poseen circuitos dememoria en ambos lados de la placa de circuito impresa, y poseen a la vez, 84contactos de cada lado, lo cual suma un total de 168 contactos. Además de ser demayores dimensiones que los módulos SIMM (130x25 mm), estos módulosposeen una segunda muesca que evita confusiones.

Cabe observar que los conectores DIMM han sido mejorados para facilitar suinserción, gracias a las palancas ubicadas a ambos lados de cada conector.

También existen módulos más pequeños, conocidos como SO DIMM (DIMM decontorno pequeño), diseñados para computadoras portátiles. Los módulos SODIMM sólo cuentan con 144 contactos en el caso de las memorias de 64 bits, ycon 77 contactos en el caso de las memorias de 32 bits.

Especificación de los módulos DIMM

- DIMM de 168 contactos, SDR SDRAM (tipos: PC66, PC100, PC133...).- DIMM de 184 contactos, DDR SDRAM (tipos: PC1600 (DDR-200), PC2100

(DDR-266), PC2400 (DDR-300), PC2700 (DDR-333), PC3000 (DDR-366),PC3200 (DDR-400), PC3500 (DDR-433), PC3700 (DDR-466), PC4000

(DDR-500), PC4300 (DDR-533), PC4800 (DDR-600); hasta 1 GiB pormódulo).

- DIMM de 240 contactos, DDR2 SDRAM (tipos: PC2-3200 (DDR2-400),PC2-3700 (DDR2-466), PC2-4200 (DDR2-533), PC2-4800 (DDR2-600),PC2-5300 (DDR2-667), PC2-6400 (DDR2-800), PC2-8000 (DDR2-1000),PC2-8500 (DDR2-1066), PC2-9200 (DDR2-1150) y PC2-9600 (DDR2-1200); hasta 4 GiB por módulo).

- DIMM de 240 contactos, DDR3 SDRAM (tipos: PC3-6400 (DDR3-800),PC3-8500 (DDR3-1066), PC3-10.600 (DDR3-1333), PC3-13.300 (DDR3-1666), PC3-14.400 (DDR3-1800), PC3-16.000 (DDR3-2000); hasta 4 GiBpor módulo).

Fig. Módulos de memoria en formato DIMM (dos módulos SDRAM PC133).

Corrección de errores

Los ECC DIMM son aquellos que tienen un mayor número de bits de datos, loscuales son usados por los controladores del sistema de memoria para detectar ycorregir errores. Hay multitud de esquemas ECC, pero quizás el más común es elCorrector de errores individuales-Detector de errores dobles (SECDED) que usa

un byte extra por cada palabra de 64 bits. Los módulos ECC están formadosnormalmente por múltiplos de 9 chips y no de 8 como es lo más usual.

Organización

La mayoría de módulos DIMM se construyen usando "x4" (de 4) los chips dememoria o "x8" (de 8) con 9 chips de memoria de chips por lado. "X4" o "x8" serefieren a la anchura de datos de los chips DRAM en bits.

En el caso de los «DIMM x4», la anchura de datos por lado es de 36 bits, por lotanto, el controlador de memoria (que requiere 72 bits) para hacer frente a lasnecesidades de ambas partes al mismo tiempo para leer y escribir los datos quenecesita. En este caso, el módulo de doble cara es único en la clasificación.

Para los «DIMM x8», cada lado es de 72 bits de ancho, por lo que el controladorde memoria sólo se refiere a un lado a la vez (el módulo de dos caras es de dobleclasificación).

Filas de los módulos

Las filas no pueden ser accedidas simultáneamente como si compartieran elmismo camino de datos. El diseño físico de los chips [DRAM] en un módulo DIMMno hace referencia necesariamente al número de filas.

Las DIMM frecuentemente son referenciadas como de "un lado" o de "doble lado",refiriéndose a la ubicación de los chips de memoria que están en uno o en amboslados del chip DIMM. Estos términos pueden causar confusión ya que no serefieren necesariamente a cómo están organizados lógicamente los chips DIMM oa qué formas hay de acceder a ellos.

Por ejemplo, en un chip DIMM de una fila que tiene 64 bits de datos deentrada/salida, solo hay conjunto de chips [DRAM] que se activan para leer orecibir una escritura en los 64 bits. En la mayoría de sistemas electrónicos, loscontroladores de memoria son diseñados para acceder a todo el bus de datos delmódulo de memoria.

En un chip DIMM de 64 bits hecho con dos filas, debe haber dos conjuntos dechips DRAM que puedan ser accedidos en tiempos diferentes. Sólo una de lasfilas puede ser accedida en un instante de tiempo desde que los bits de datos delos DRAM son enlazados para dos cargas en el DIMM.

Las filas son accedidas mediante señales «chip select» (CS). Por lo tanto para unmódulo de dos filas, las dos DRAM con los bits de datos entrelazados pueden seraccedidas mediante una señal CS por DRAM.

RIMM: [6] acrónimo de Rambus Inline Memory Module(Módulo de Memoria enLínea Rambus), designa a los módulos de memoria RAM que utilizan unatecnología denominada RDRAM, desarrollada por Rambus Inc. a mediados de losaños 1990 con el fin de introducir un módulo de memoria con niveles derendimiento muy superiores a los módulos de memoria SDRAM de 100 MHz y 133MHz disponibles en aquellos años.

Los módulos RIMM RDRAM cuentan con 184 pines y debido a sus altasfrecuencias de trabajo requieren de difusores de calor consistentes en una placametálica que recubre los chips del módulo. Se basan en un bus de datos de 16bits y están disponibles en velocidades de 300MHz (PC-600), 356 Mhz (PC-700),400 MHz (PC-800) y 533 Mhz (PC-1066) que por su pobre bus de 16 bits tenía unrendimiento 4 veces menor que la DDR. La RIMM de 533MHz tiene unrendimiento similar al de un módulo DDR133, a pesar de que sus latencias son 10veces peores que la DDR.

Fig. Módulo de memoria Rambus.

Inicialmente los módulos RIMM fueron introducidos para su uso en servidoresbasados en Intel Pentium 4. Rambus no manufactura módulos RIMM si no quetiene un sistema de licencias para que estos sean manufacturados por tercerossiendo Samsung el principal fabricante de éstos.

A pesar de tener la tecnología RDRAM niveles de rendimiento muy superiores a latecnología SDRAM y las primeras generaciones de DDR RAM, debido al alto costode esta tecnología no tuvo gran aceptación en el mercado de PC. Su momentoálgido tuvo lugar durante el periodo de introducción del Pentium 4 para el cual sediseñaron las primeras placas base, pero Intel ante la necesidad de lanzar equiposmás económicos decidió lanzar placas base con soporte para SDRAM y másadelante para DDR RAM desplazando esta última tecnología a los módulos RIMMdel mercado que ya no ofrecían ninguna ventaja.

DDR2: [7] es un tipo de memoria RAM. Forma parte de la familia SDRAM detecnologías de memoria de acceso aleatorio, que es una de las muchasimplementaciones de la DRAM.

Fig. Un módulo DDR2 de 1 GB con disipador

Los módulos DDR2 son capaces de trabajar con 4 bits por ciclo, es decir 2 de iday 2 de vuelta en un mismo ciclo mejorando sustancialmente el ancho de bandapotencial bajo la misma frecuencia de una DDR SDRAM tradicional (si una DDR a200 MHz reales entregaba 400 MHz nominales, la DDR2 por esos mismos 200MHz reales entrega 800 MHz nominales). Este sistema funciona debido a quedentro de las memorias hay un pequeño buffer que es el que guarda lainformación para luego transmitirla fuera del módulo de memoria. En el caso de laDDR convencional este buffer trabajaba tomando los 2 bits para transmitirlos en 1sólo ciclo, lo que aumenta la frecuencia final. En las DDR2, el buffer almacena 4bits para luego enviarlos, lo que a su vez redobla la frecuencia nominal sinnecesidad de aumentar la frecuencia real de los módulos de memoria.

Las memorias DDR2 tienen mayores latencias que las conseguidas con las DDRconvencionales, cosa que perjudicaba su rendimiento. Reducir la latencia en lasDDR2 no es fácil. El mismo hecho de que el buffer de la memoria DDR2 puedaalmacenar 4 bits para luego enviarlos es el causante de la mayor latencia, debidoa que se necesita mayor tiempo de "escucha" por parte del buffer y mayor tiempode trabajo por parte de los módulos de memoria, para recopilar esos 4 bits antesde poder enviar la información.

Características

Las memorias DDR2 son una mejora de las memorias DDR (Double Data Rate),que permiten que los búferes de entrada/salida trabajen al doble de la frecuenciadel núcleo, permitiendo que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatrotransferencias.

Operan tanto en el flanco alto del reloj como en el bajo, en los puntos de 0 voltiosy 1,8 voltios, lo que reduce el consumo de energía en aproximadamente el 50 porciento del consumo de las DDR, que trabajaban a 0 voltios y a 2,5.

Terminación de señal de memoria dentro del chip de la memoria ("Terminaciónintegrada" u ODT) para evitar errores de transmisión de señal reflejada.

Estándares

MódulosPara usar en PC, las DDR2 SDRAM son suministradas en tarjetas dememoria DIMM con 240 pines y una localización con una sola ranura. Las tarjetasDIMM son identificadas por su máxima capacidad de transferencia, llamado anchode banda.

Nota: DDR2-xxx indica la velocidad de reloj efectiva, mientras que PC2-xxxx indicael ancho de banda teórico (aunque suele estar redondeado). El ancho de banda secalcula multiplicando la velocidad de reloj efectiva por ocho, ya que la DDR2(como la DDR) es una memoria de 64 bits, hay 8 bits en un byte, y 64 es 8 por 8 ypor último por 2 (doble tasa de transferencia), esto se empezó a usar para mostrarla velocidad de transferencia frente a las memorias "Rambus" que eran másrápidas en sus ciclos de reloj operación, pero solo eran de 16 bits

Algunos fabricantes etiquetan sus memorias DDR2-667 como PC2-5400 en vez dePC2-5300. Al menos un fabricante ha reportado que esto refleja pruebassatisfactorias a una velocidad más rápida que la normal.

La variante GDDR2

El primer producto comercial en afirmar que usaba tecnología GDDR2 fue latarjeta gráfica nVIDIA GeForce FX 5800. Sin embargo, es importante aclarar quela memoria "DDR2" usada en las tarjetas gráficas (llamada oficialmente GDDR2)no es DDR2, sino un punto intermedio entre las DDR y DDR2. De hecho, noincluye el (importantísimo) doble ratio del reloj de entrada/salida, y tiene seriosproblemas de sobrecalentamiento debido a los voltajes nominales de la DDR. ATITechnologies (ahora AMD) posteriormente ha desarrollado aún más el formatoGDDR, hasta el GDDR3, que es más parecido a las especificaciones de la DDR2,aunque con varios añadidos específicos para tarjetas gráficas.

Tras la introducción de la GDDR2 con la serie FX 5800, las series 5900 y 5950volvieron a usar DDR, pero la 5700 Ultra usaba GDDR2 con una velocidad de 450MHz (en comparación con los 400 MHz de la 5800 o los 500 MHz de la 5800Ultra).

La Radeon 9800 Pro de ATI con 256 MiB de memoria (no la versión de 128 MiB)usaba también GDDR2, porque esta memoria necesita menos pines que la DDR.La memoria de la Radeon 9800 Pro de 256 MiB sólo va 20 MHz más rápida que laversión de 128 MiB, principalmente para contrarrestar el impacto de rendimientocausado por su mayor latencia y su mayor número de chips. La siguiente tarjeta, laRadeon 9800 XT, volvió a usar DDR, y posteriormente ATI comenzó a utilizarGDDR3 en su línea de tarjetas Radeon X800 hasta la mayoría de la serie RadeonHD 4000.

Actualmente, las tarjetas de nueva generación usan el formato GDDR5; por partede ATi, las tarjetas de alto rendimiento, algunas series HD4000 (solo la hd4870,hd4890 y la hd4770), las gamas medio-altas de las series HD5000 y HD6000,utilizan GDDR5. Por parte de Nvidia, las tarjeta gráficas de gama alta de las series400 y 500.

Integración

DDR2 se introdujo a dos velocidades iniciales: 200 MHz (llamada PC2-3200) y 266MHz (PC2-4200). Ambas tienen un menor rendimiento que sus equivalentes enDDR, ya que su mayor latencia hace que los tiempos totales de acceso sean hastados veces mayores. Sin embargo, la DDR no ha sido oficialmente introducida avelocidades por encima de los 266 MHz. Existen DDR-533 e incluso DDR-600,pero la JEDEC ha afirmado que no se estandarizarán. Estos módulos son,principalmente, optimizaciones de los fabricantes, que utilizan mucha más energíaque los módulos con un reloj más lento, y que no ofrecen un mayor rendimiento.

Actualmente, Intel soporta DDR2 en sus chipsets 9xx. AMD incluye soporte DDR2en procesadores de la plataforma AM2 introducidos en el 2006.

Los DIMM DDR2 tienen 240 pines, mientras que los de DDR tienen 184 y los deSDR 168.

DDR3: [8] es un tipo de memoria RAM. Forma parte de la familia SDRAM detecnologías de memoria de acceso aleatorio, que es una de las muchasimplementaciones de la SDRAM.

El principal beneficio de instalar DDR3 es la habilidad de poder hacertransferencias de datos más rápido,y con esto nos permite obtener velocidades detransferencia y velocidades de bus más altas que las versiones DDR2 anteriores.

Sin embargo, no hay una reducción en la latencia, la cual es proporcionalmentemás alta. Además la DDR3 permite usar integrados de 512 MiB a 8 GiB, siendoposible fabricar módulos de hasta 16 GiB. También proporciona significativasmejoras en el rendimiento en niveles de bajo voltaje, lo que lleva consigo unadisminución global de consumo eléctrico.

Se prevé que la tecnología DDR3 puede ser dos veces más rápida que la DDR2 yel alto ancho de banda que promete ofrecer DDR3 es la mejor opción para lacombinación de un sistema con procesadores dual-core, quad-core y hexaCore (2,4 y 6 núcleos por microprocesador). Las tensiones más bajas del DDR3 (1,5 Vfrente 1,8 V de DDR2) ofrecen una solución térmica y energética más eficientes.

Estos son los estándares de memoria DDR3 actualmente en el mercado:

GDDR3: La memoria GDDR3, con un nombre similar pero con una tecnologíacompletamente distinta, ha sido usada durante varios años en tarjetas gráficas degama alta como las series GeForce 6x00 ó ATI Radeon X800 Pro, y es la utilizada

como memoria principal de la Xbox 360. A veces es incorrectamente citada como"DDR3".

DDR4 SDRAM: [9] es una abreviatura de double data rate type four synchronousdynamic random-access memory es un tipo de memoria de acceso aleatorio(Memoria RAM) de la familia de las DRAM usadas ya desde principios de 1970 ysucesora de la DDR3 SDRAM, no es compatible con versiones anteriores pordiferencias en los voltajes, interfaz física y otros factores, Tienen un gran ancho debanda en comparación con sus versiones anteriores y aún están en fase dedesarrollo, se espera su lanzamiento sobre el año 2012.

Sus principales ventajas en comparación con DDR2 y DDR3 son una tasa másalta de frecuencias de reloj y de transferencias de datos (2133 a 4266 MT/s encomparación con DDR3 de 800M a 2.133MT/s. La tensión es también menor a susantecesoras (1,2 a 1,05 para DDR4 y 1,5 a 1,2 para DDR33) DDR4 tambiénapunta un cambio en la topología descartando los enfoques de doble y triple canal,cada controlador de memoria está conectado a un módulo único.

VRAM [10]

Memoria gráfica de acceso aleatorio (Video Random Access Memory) es un tipode memoria RAM que utiliza el controlador gráfico para poder manejar toda lainformación visual que le manda la CPU del sistema. La principal característica deesta clase de memoria es que es accesible de forma simultánea por dosdispositivos. De esta manera, es posible que la CPU grabe información en ella,

mientras se leen los datos que serán visualizados en el monitor en cada momento.Por esta razón también se clasifica como Dual-Ported.

En un principio (procesadores de 8 bits) se llamaba así a la memoria sóloaccesible directamente por el procesador gráfico, debiendo la CPU cargar losdatos a través de él. Podía darse el caso de equipos con más memoria VRAM queRAM (como algunos modelos japoneses de MSX2, que contaban con 64 KiB deRAM y 128 KiB de VRAM).

Tipos

SAM (serial access memory): el módulo SAM (usualmente en la forma de unregistro linear) no es cambiado por los cálculos y contiene los datos que van a serutilizados por el RAMDAC. Esto lo convierte en memoria secuencial, que alcontrario de la RAM de datos sólo puede ser evaluada sucesivamente (de unmodo similar a una casete). La SAM puede seleccionarse mucho másrápidamente que la RAM, pues en principio no necesita cálculos dedireccionamiento.

WRAM (Window RAM): es un tipo de VRAM equipada con líneas separadas delectura y escritura, que ofrece sin embargo tiempos rápidos de acceso y es baratade producir. Por ejemplo, las tarjetas gráficas Matrox MGA Millennium y la NumberNine Revólution 3D "Ticket to Ride" usan WRAM.

SGRAM (Synchronous Graphics RAM): es una tecnología relacionada con laSDRAM single-ported. Accesos simultáneos de lectura y escritura no son posibles.Ofrece extensas funciones gráficas (por ejemplo lecturas y escrituras bloque abloque) y altas frecuencias de reloj.

MDRAM (Multi-bank DRAM): está desarrollado como bancos de memoriaindependientes, que están conectados a un bus común. Con esa estructura esposible un alto grado de paralelismo. La tarjeta gráfica Hércules Dynamite 128(GPU: TSENG ET6000) tiene 4 MB MDRAM.

CDRAM (Cache DRAM): es una mezcla de memoria estática (SRAM) y memoriadinámica (DRAM). Similar a la caché de los modernos procesadores, en laCDRAM los datos frecuentemente usados se almacenan en la rápida SRAM, loque incrementa el rendimiento.

3D RAM: es un desarrollo de Mitsubishi consistente en módulos de memoria queademás integran una Unidad aritmético lógica. Esto permite que algunasoperaciones gráficas (por ejemplo test de Z-Buffer) puedan ejecutarsedirectamente en la memoria gráfica. Se puede encontrar este tipo de memoria enlos UltraSparc de Sun Microsystems.

GDDR-SDRAM (Graphics Double Data Rate SDRAM): es una memoria gráficabasada en DDR SDRAM, que se caracteriza por sus tiempos optimizados deacceso y las altas frecuencias de reloj, es el tipo más común de memoria gráfica adía de hoy.

RAM extendida: En la actualidad, es frecuente ver equipos PC con la tarjetagráfica incorporada en placa base o en el propio procesador, que en lugar dedisponer de un banco propio de memoria, se les asigna parte de los bancos dememoria de la RAM de procesador. Suelen ser equipos orientados a tareasofimáticas o servidores, donde la rapidez de los gráficos no es algo crucial, comoen las estaciones CAD o los equipos para videojuegos. No obstante, puedenpresentar velocidades mayores que las de la anterior generación de tarjetasgráficas.

RAMDAC [11]

Un Random Access Memory Digital-to-Analog Converter (RAMDAC o convertidordigital-analógico de RAM) es el encargado de transformar las señales digitales conlas que trabaja el ordenador en una salida analógica que pueda ser interpretadapor el monitor. Está compuesto de tres DACs rápidos con una pequeña SRAMusada en adaptadores gráficos para almacenar la paleta de colores y generar unaseñal analógica (generalmente una amplitud de voltaje) para posteriormentemostrarla en un monitor a color. El número de color lógico de la memoria depantalla es puesto en las direcciones de entrada de la SRAM para seleccionar unvalor de la paleta que aparece en la salida de la SRAM. Este valor se descomponeen tres valores separados que corresponden a los tres componentes (rojo, verde,

y azul) del color físico deseado. Cada componente del valor alimenta a un DACseparado, cuya salida analógica va al monitor, y en última instancia a uno de sustres cañones de electrones (o sus equivalentes en las pantallas sin tubo de rayoscatódicos).

La longitud de una palabra en el DAC oscila generalmente en un rango de 6 a 10bits. La longitud de la palabra de la SRAM es tres veces el de la palabra del DAC.La SRAM actúa como una tabla de búsqueda de color (Color LookUp Table oCLUT en inglés). Tiene generalmente 256 entradas (lo que nos da una direcciónde 8 bits). Si la palabra del DAC es también de 8 bits, tenemos 256 x 24 bits de laSRAM lo que nos permite seleccionar entre 256 a 16777216 colores posibles parala pantalla. El contenido de la SRAM puede cambiar mientras que la pantalla noestá activa (durante los tiempos de blanqueo de la pantalla).

La SRAM puede usualmente ser puenteada y cargar los DACs directamente conlos datos de pantalla, para los modos de color verdadero. De hecho éste es elmodo habitual de operar del RAMDAC desde mediados de los 90, por lo que lapaleta programable se conserva como una prestación heredada para asegurar lacompatibilidad con el viejo software. En la mayoría de tarjetas gráficas modernas,puede programarse el RAMDAC con altas frecuencias de reloj en modos de colorverdadero, durante los cuales no se usa la SRAM.

En los modernos PC, los RAMDAC VGA están integrados en el chip de vídeo, quea su vez puede ir montado en tarjetas de ampliación o directamente en la placamadre del PC, como chip independiente o formando parte del chipset de la placa(como ocurre con numerosos chipsets de Intel o NVIDIA), incluso de la propiaCPU (un chip de Cyrix). El propósito original del RAMDAC, proporcionar unosmodos gráficos basados en CLUT, se utiliza raramente hoy en día, habiendo sidosustituido por los modos true color. A medida que ganan popularidad y

prestaciones las pantallas TFT, LCD y otras tecnologías de pantallas digitales,más obsoleta se vuelve la parte DAC de los RAMDAC.

SRAM [12]

Static Random Access Memory (SRAM), o Memoria Estática de Acceso Aleatorioes un tipo de memoria basada en semiconductores que a diferencia de la memoriaDRAM, es capaz de mantener los datos, mientras esté alimentada, sin necesidadde circuito de refresco. Sin embargo, sí son memorias volátiles, es decir quepierden la información si se les interrumpe la alimentación eléctrica.

No debe ser confundida con la SDRAM (Syncronous DRAM).

Estas memorias son de Acceso Aleatorio, lo que significa que las posiciones en lamemoria pueden ser escritas o leídas en cualquier orden, independientemente decual fuera la última posición de memoria accedida. Cada bit en una SRAM sealmacena en cuatro transistores, que forman un biestable. Este circuito biestabletiene dos estados estables, utilizados para almacenar (representar) un 0 o un 1.Se utilizan otros dos transistores adicionales para controlar el acceso al biestabledurante las operaciones de lectura y escritura. Una SRAM típica utilizará seisMOSFET para almacenar cada bit. Adicionalmente, se puede encontrar otros tiposde SRAM, que utilizan ocho, diez, o más transistores por bit.1 2 3 Esto es utilizadopara implementar más de un puerto de lectura o escritura en determinados tiposde memoria de video.

Un menor número de transistores por celda, hará posible reducir el tamaño deesta, reduciendo el coste por bit en la fabricación, al poder implementar másceldas en una misma oblea de silicio.

Es posible fabricar celdas que utilicen menos de seis transistores, pero en loscasos de tres transistores4 5 o uno solo se estaría hablando de memoria DRAM,no SRAM.

El acceso a la celda es controlado por un bus de control (WL en la figura), quecontrola los dos transistores de acceso M5 y M6, quienes controlan si la celdadebe ser conectada a los buses BL y BL. Ambos son utilizados para transmitirdatos tanto para las operaciones de lectura como las de escritura, y aunque no esestrictamente necesario disponer de ambos buses, se suelen implementar paramejorar los márgenes de ruido.

A diferencia de la DRAM, en la cual la señal de la línea de salida se conecta a uncapacitador, y este es el que hace oscilar la señal durante las operaciones delectura, en las celdas SRAM son los propios biestables los que hacen oscilar dichaseñal, mientras que la estructura simétrica permite detectar pequeñas variacionesde voltaje con mayor precisión. Otra ventaja de las memorias SRAM frente aDRAM, es que aceptan recibir todos los bits de dirección al mismo tiempo.

El tamaño de una memoria SRAM con m líneas de dirección, y n líneas de datoses 2m palabras, o 2m × n bits.

Modos de operación de una SRAM

Una memoria SRAM tiene tres estados distintos de operación: standby, en el cualel circuito está en reposo, reading o en fase de lectura, durante el cual los datosson leídos desde la memoria, y writing o en fase de escritura, durante el cual seactualizan los datos almacenados en la memoria.

Reposo: Si bus de control (WL) no está activado, los transistores de acceso M5 yM6 desconectan la celda de los buses de datos. Los dos biestables formados porM1 – M4 mantendrán los datos almacenados, en tanto dure la alimentacióneléctrica.

Lectura: Se asume que el contenido de la memoria es 1, y está almacenado en Q.El ciclo de lectura comienza cargando los buses de datos con el 1 lógico, y luegoactiva WL y los transistores de control. A continuación, los valores almacenadosen Q y Q se transfieren a los buses de datos, dejando BL en su valor previo, yajustando BL a través de M1 y M5 al 0 lógico. En el caso que el dato contenido enla memoria fuera 0, se produce el efecto contrario: BL será ajustado a 1 y BL a 0.

Escritura: El ciclo de escritura se inicia aplicando el valor a escribir en el bus dedatos. Si se trata de escribir un 0, se ajusta BL a 1 y BL a 0, mientras que para un1, basta con invertir los valores de los buses. Una vez hecho esto, se activa el busWL, y el dato queda almacenado.

Aplicaciones y usos

La memoria SRAM es más cara, pero más rápida y con un menor consumo(especialmente en reposo) que la memoria DRAM. Es utilizada, por tanto, cuandoes necesario disponer de un menor tiempo de acceso, o un consumo reducido, oambos. Debido a su compleja estructura interna, es menos densa que DRAM, ypor lo tanto no es utilizada cuando es necesaria una alta capacidad de datos,como por ejemplo en la memoria principal de los computadores personales.

Frecuencia de reloj y potencia: El consumo eléctrico de una SRAM varíadependiendo de la frencuencia con la cual se accede a la misma: puede llegar atener un consumo similar a DRAM cuando es usada en alta frecuencia, y algunoscircuitos integrados pueden consumir varios vatios durante su funcionamiento. Porotra parte, las SRAM utilizadas con frecuencia baja, tienen un consumo bastantemenor, del orden de micro-vatios.

Usos de las SRAM

Como producto de propósito general:

Con interfaces asíncronas como chips 32Kx8 de 28 pines (nombrados XXC256), yproductos similares que ofrecen transferencias de hasta 16Mbit por chip.

Con interfaces síncronas, principalmente como caches y otras aplicaciones querequieran transferencias rápidas, de hasta 18Mbit por chip.

Integrados en chip:

- Como memoria RAM o de cache en micro-controladores.- Como cache primaria en microcontroladores, como por ejemplo la familia

x86.- Para almacenar los registros de microprocesadores.- En circuitos integrados.- En FPGAs y CPLDs.

Usos integrados en productos

Las SRAM se utilizan en sistemas científicos e industriales, electrónica delautomóvil, y similares. También se pueden encontrar en prácticamente todos losproductos de uso cotidiano que implementen una interfaz electrónica de usuario.También se puede encontrar memorias SRAM en los computadores personales,estaciones de trabajo, routers y la gran mayoría de periféricos.

Uso de aficionados

Los aficionados a la electrónica prefieren las memorias SRAM debido a su sencillainterfaz, ya que es mucho más fácil trabajar con SRAM que con DRAM, al noexistir ciclos de refresco, y poder acceder directamente a los buses de dirección y

de datos en lugar de tener que utilizarmultiplexores. Además, las SRAM solonecesitan tres buses de control: Chip Enable(CE), Write Enable (WE), y Output Enable(OE). En el caso de las SRAM síncronas, setiene además la señal de reloj (CLK)

Tipos de SRAM

SRAM no volátiles: Las memorias SRAM novolátiles (NVRAM) presentan elfuncionamiento típico de las RAM, pero conla característica distintiva de que los datosalmacenados en ellas son preservados auncuando se interrumpe la alimentacióneléctrica. Se utilizan en situaciones donde se

requiere conservar la información almacenada sin necesidad de alimentaciónalguna, normalmente donde se desea evitar el uso de baterías (o bien no esposible).

SRAM asíncrona: Las SRAM asíncronas están disponibles en tamaños desde 4Kbhasta 32Mb.7 Con un tiempo reducido de acceso, son adecuadas para el uso enequipos de comunicaciones, como switches, routers, teléfonos IP, tarjetas DSLAM,y en electrónica de automoción.

Por tipo de transistor: Transistor Bipolar de Unión o BJT (de tipo TTL o ECL) —muy rápidos, pero con un consumo muy alto.

MOSFET (de tipo CMOS) — consumo reducido, los más utilizados actualmente.

Por función:

Asíncronas — independientes de la frecuencia de reloj.

Síncronas — todas las operaciones son controladas por el reloj del sistema.

Memoria FRAM [13]

La memoria FRAM (RAM Ferroeléctrica) es unamemoria de estado sólido, similar a la memoriaRAM, pero que tiene un funcionamiento másparecido a las antiguas memorias de ferrita.Esta memoria, en lugar de preservar la carga de unmicroscópico condensador, contiene dentromoléculas que preservan la información por mediode un efecto ferroeléctrico.

Características

Tiempo de acceso corto: debido a su funcionamiento, tienen velocidades (delorden de la centena de nanosegundos) que las habilitan para trabajar comomemoria principal con la mayoría de los microprocesadores.

Lectura destructiva: como todas las memorias ferroeléctricas, la lectura esdestructiva. Esto no representa un problema, ya que el chip se encarga dereescribir los datos luego de una lectura.

No volátiles: su funcionamiento hace prescindibles los refrescos y la alimentaciónpara la retención de datos.

Encapsulados: se consiguen hoy en día tanto en variedades para trabajo enparalelo (para conectar a un bus de datos) como en serie (como memoria deapoyo).

Memoria de solo lectura [14]

La memoria de sólo lectura, conocida también como ROM (acrónimo en inglés deread-only memory), es un medio de almacenamiento utilizado en ordenadores ydispositivos electrónicos, que permite sólo la lectura de la información y no suescritura, independientemente de la presencia o no de una fuente de energía.

Los datos almacenados en la ROM no se pueden modificar, o al menos no demanera rápida o fácil. Se utiliza principalmente para contener el firmware(programa que está estrechamente ligado a hardware específico, y es pocoprobable que requiera actualizaciones frecuentes) u otro contenido vital para elfuncionamiento del dispositivo, como los programas que ponen en marcha elordenador y realizan los diagnósticos.

En su sentido más estricto, se refiere sólo a máscara ROM -en inglés, MROM- (elmás antiguo tipo de estado sólido ROM), que se fabrica con los datosalmacenados de forma permanente y, por lo tanto, su contenido no puede sermodificado de ninguna forma. Sin embargo, las ROM más modernas, comoEPROM y Flash EEPROM, efectivamente se pueden borrar y volver a programarvarias veces, aun siendo descritos como "memoria de sólo lectura" (ROM). Larazón de que se las continúe llamando así es que el proceso de reprogramaciónen general es poco frecuente, relativamente lento y, a menudo, no se permite laescritura en lugares aleatorios de la memoria. A pesar de la simplicidad de laROM, los dispositivos reprogramables son más flexibles y económicos, por lo cuallas antiguas máscaras ROM no se suelen encontrar en hardware producido apartir de 2007.

Como la ROM no puede ser modificada (al menos en la antigua versión demáscara), solo resulta apropiada para almacenar datos que no necesiten sermodificados durante la vida de este dispositivo. Con este fin, la ROM se hautilizado en muchos ordenadores para guardar tablas de consulta, utilizadas parala evaluación de funciones matemáticas y lógicas. Esto era especialmenteeficiente cuando la unidad central de procesamiento era lenta y la ROM era barataen comparación con la RAM. De hecho, una razón de que todavía se utilice lamemoria ROM para almacenar datos es la velocidad, ya que los discos siguensiendo más lentos. Y lo que es aún más importante, no se puede leer un programaque es necesario para ejecutar un disco desde el propio disco. Por lo tanto, la

BIOS, o el sistema de arranque oportuno del PC normalmente se encuentran enuna memoria ROM.

No obstante, el uso de la ROM para almacenar grandes cantidades de datos haido desapareciendo casi completamente en los ordenadores de propósito general,mientras que la memoria Flash ha ido ocupando este puesto.

Velocidad

- Velocidad de lectura: Aunque la relación relativa entre las velocidades delas memorias RAM y ROM ha ido variando con el tiempo, desde el año2007 la RAM es más rápida para la lectura que la mayoría de las ROM,razón por la cual el contenido ROM se suele traspasar normalmente a lamemoria RAM, desde donde es leída cuando se utiliza.

- Velocidad de escritura: Para los tipos de ROM que puedan ser modificadoseléctricamente, la velocidad de escritura siempre es mucho más lenta quela velocidad de lectura, pudiendo requerir voltaje excepcionalmente alto,movimiento de jumpers para habilitar el modo de escritura, y comandosespeciales de desbloqueo. Las memorias Flash NAND logran la más altavelocidad de escritura entre todos los tipos de memoria ROMreprogramable, escribiendo grandes bloques de celdas de memoriasimultáneamente, y llegando a 15 MB/s. La RAM Tiene una capacidadMáxima de 128 MB UCV.

Memoria flash [15]

Esta memoria es derivada de la memoria EEPROM, y permite la lecto-escritura demúltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, latecnología flash, siempre mediante impulsos eléctricos, permite velocidades defuncionamiento muy superiores frente a la tecnología EEPROM primigenia, quesólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación deprogramación. Se trata de la tecnología empleada en los dispositivos pendrive.

En el año 2011, el coste por MB en los discos duros son muy inferiores a los queofrece la memoria flash y, además los discos duros tienen una capacidad muysuperior a la de las memorias flash.

Ofrecen, además, características como gran resistencia a los golpes, bajoconsumo y por completo silencioso, ya que no contiene ni actuadores mecánicosni partes móviles. Su pequeño tamaño también es un factor determinante a la horade escoger para un dispositivo portátil, así como su ligereza y versatilidad paratodos los usos hacia los que está orientado.

Sin embargo, todos los tipos de memoria flash sólo permiten un número limitadode escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo dela celda, de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para suborrado.

Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND paraalmacenar los 0s ó 1s correspondientes. Actualmente (08-08-2005) hay una grandivisión entre los fabricantes de un tipo u otro, especialmente a la hora de elegir unsistema de archivos para estas memorias. Sin embargo se comienzan adesarrollar memorias basadas en ORNAND.

Los sistemas de archivos para estas memorias están en pleno desarrollo aunqueya en funcionamiento como por ejemplo JFFS originalmente para NOR,evolucionado a JFFS2 para soportar además NAND o YAFFS, ya en su segundaversión, para NAND. Sin embargo, en la práctica se emplea un sistema dearchivos FAT por compatibilidad, sobre todo en las tarjetas de memoria extraíble.

Otra característica ha sido la resistencia térmica de algunos encapsulados detarjetas de memoria orientadas a las cámaras digitales de gama alta. Estopermite funcionar en condiciones extremas de temperatura como desiertos oglaciares ya que el rango de temperaturas soportado abarca desde los -25 °Chasta los 85 °C.

Las aplicaciones más habituales son:

El llavero USB que, además del almacenamiento, suelen incluir otros servicioscomo radio FM, grabación de voz y, sobre todo como reproductores portátiles deMP3 y otros formatos de audio.

Las PC Card

Las tarjetas de memoria flash que son el sustituto del carrete en la fotografíadigital, ya que en las mismas se almacenan las fotos.

Existen varios estándares de encapsulados promocionados y fabricados por lamayoría de las multinacionales dedicadas a la producción de hardware.

Funcionalidades

Flash, como tipo de EEPROM que es, contiene una matriz de celdas con untransistor evolucionado con dos puertas en cada intersección. Tradicionalmentesólo almacenan un bit de información. Las nuevas memorias flash, llamadastambién dispositivos de celdas multi-nivel, pueden almacenar más de un bit porcelda variando el número de electrones que almacenan.

Estas memorias están basadas en el transistor FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal Oxide Semiconductor) que es, esencialmente, un transistor NMOScon un conductor (basado en un óxido metálico) adicional localizado o entre lapuerta de control (CG – Control Gate) y los terminales fuente/drenador contenidosen otra puerta (FG – Floating Gate) o alrededor de la FG conteniendo loselectrones que almacenan la información.

Memoria flash de tipo NOR: En las memorias flash de tipo NOR, cuando loselectrones se encuentran en FG, modifican (prácticamente anulan) el campoeléctrico que generaría CG en caso de estar activo. De esta forma, dependiendode si la celda está a 1 ó a 0, el campo eléctrico de la celda existe o no. Entonces,cuando se lee la celda poniendo un determinado voltaje en CG, la corrienteeléctrica fluye o no en función del voltaje almacenado en la celda. Lapresencia/ausencia de corriente se detecta e interpreta como un 1 ó un 0,reproduciendo así el dato almacenado. En los dispositivos de celda multi-nivel, se

detecta la intensidad de la corriente para controlar el número de electronesalmacenados en FG e interpretarlos adecuadamente.

Para programar una celda de tipo NOR (asignar un valor determinado) se permiteel paso de la corriente desde el terminal fuente al terminal sumidero, entonces secoloca en CG un voltaje alto para absorber los electrones y retenerlos en el campoeléctrico que genera. Este proceso se llama hot-electrón injection. Para borrar(poner a “1”, el estado natural del transistor) el contenido de una celda, expulsarestos electrones, se emplea la técnica de Fowler-Nordheim tunnelling, un procesode tunelado mecánico – cuántico. Esto es, aplicar un voltaje inverso bastante altoal empleado para atraer a los electrones, convirtiendo al transistor en una pistolade electrones que permite, abriendo el terminal sumidero, que los electronesabandonen el mismo. Este proceso es el que provoca el deterioro de las celdas, alaplicar sobre un conductor tan delgado un voltaje tan alto.

Es necesario destacar que las memorias flash están subdivididas en bloques (enocasiones llamados sectores) y por lo tanto, para el borrado, se limpian bloquesenteros para agilizar el proceso, ya que es la parte más lenta del proceso. Por estarazón, las memorias flash son mucho más rápidas que las EEPROMconvencionales, ya que borran byte a byte. No obstante, para reescribir un dato esnecesario limpiar el bloque primero para después reescribir su contenido.

Memorias flash de tipo NAND: Las memorias flash basadas en puertas lógicasNAND funcionan de forma ligeramente diferente: usan un túnel de inyección parala escritura y para el borrado un túnel de ‘soltado’. Las memorias basadas enNAND tienen, además de la evidente base en otro tipo de puertas, un costebastante inferior, unas diez veces de más resistencia a las operaciones pero sólopermiten acceso secuencial (más orientado a dispositivos de almacenamientomasivo), frente a las memorias flash basadas en NOR que permiten lectura deacceso aleatorio. Sin embargo, han sido las NAND las que han permitido laexpansión de este tipo de memoria, ya que el mecanismo de borrado es mássencillo (aunque también se borre por bloques) lo que ha proporcionado una basemás rentable para la creación de dispositivos de tipo tarjeta de memoria. Laspopulares memorias USB o también llamadas Pendrives, utilizan memorias flashde tipo NAND.

Comparación de memorias flash basadas en NOR y NAND

Para comparar estos tipos de memoria se consideran los diferentes aspectos delas memorias tradicionalmente valorados.

La densidad de almacenamiento de los chips es actualmente bastantemayor en las memorias NAND.

El coste de NOR es mucho mayor. El acceso NOR es aleatorio para lectura y orientado a bloques para su

modificación. En la escritura de NOR podemos llegar a modificar un solo bit. Esto

destaca con la limitada reprogramación de las NAND que debenmodificar bloques o palabras completas.

La velocidad de lectura es muy superior en NOR (50-100 ns) frente aNAND (10 µs de la búsqueda de la página + 50 ns por byte).

La velocidad de escritura para NOR es de 5 µs por byte frente a 200 µspor página en NAND.

La velocidad de borrado para NOR es de 1 ms por bloque de 64 KBfrente a los 2 ms por bloque de 16 KB en NAND.

La fiabilidad de los dispositivos basados en NOR es realmente muy alta,es relativamente inmune a la corrupción de datos y tampoco tienebloques erróneos frente a la escasa fiabilidad de los sistemas NANDque requieren corrección de datos y existe la posibilidad de que quedenbloques marcados como erróneos e inservibles.

En resumen, los sistemas basados en NAND son más baratos y rápidos perocarecen de una fiabilidad que los haga eficientes, lo que demuestra la necesidadimperiosa de un buen sistema de archivos. Dependiendo de qué sea lo que sebusque, merecerá la pena decantarse por uno u otro tipo.

Tarjetero flash

Un tarjetero flash es un periférico que lee o escribe en memoria flash.Actualmente, los instalados en ordenadores (incluidos en una placa o mediantepuerto USB), marcos digitales, lectores de DVD y otros dispositivos, suelen leervarios tipos de tarjetas.

Sistemas de archivos para memorias flash

Diseñar un sistema de archivos eficiente para las memorias flash se ha convertidoen una carrera vertiginosa y compleja, ya que, aunque ambos (NOR y NAND) sontipos de memoria flash, tienen características muy diferentes entre sí a la hora deacceder a esos datos. Esto es porque un sistema de ficheros que trabaje conmemorias de tipo NOR incorpora varios mecanismos innecesarios para NAND y, asu vez, NAND requiere mecanismos adicionales, innecesarios para gestionar lamemoria de tipo NOR.

Un ejemplo podría ser un recolector de basura. Esta herramienta estácondicionada por el rendimiento de las funciones de borrado que, en el caso de

NOR es muy lento y, además, un recolector de basura NOR requiere unacomplejidad relativa bastante alta y limita las opciones de diseño del sistema dearchivos. Comparándolo con los sistemas NAND, que borran mucho másrápidamente, estas limitaciones no tienen sentido.

Otra de las grandes diferencias entre estos sistemas es el uso de bloqueserróneos que pueden existir en NAND pero no tienen sentido en los sistemas NORque garantizan la integridad. El tamaño que deben manejar unos y otros sistemastambién difiere sensiblemente y por lo tanto es otro factor a tener en cuenta. Sedeberá diseñar estos sistemas en función de la orientación que se le quiera dar alsistema.

Los dos sistemas de ficheros que se disputan el liderazgo para la organizacióninterna de las memorias flash son JFFS (Journaling Flash File System) y YAFFS(Yet Another Flash File System), ExFAT es la opción de Microsoft.

Antecedentes de la memoria flash

Las memorias han evolucionado mucho desde los comienzos del mundo de lacomputación. Conviene recordar los tipos de memorias de semiconductoresempleadas como memoria principal y unas ligeras pinceladas sobre cada una deellas para enmarcar las memorias flash dentro de su contexto.

Organizando estos tipos de memoria conviene destacar tres categorías si lasclasificamos en función de las operaciones que podemos realizar sobre ellas, esdecir, memorias de sólo lectura, memorias de sobre todo lectura y memorias delectura/escritura.

Memorias de sólo lectura.

ROM: (Read Only Memory): Se usan principalmente en microprogramación desistemas. Los fabricantes las suelen emplear cuando producen componentesde forma masiva.

PROM: (Programmable Read Only Memory): El proceso de escritura eselectrónico. Se puede grabar posteriormente a la fabricación del chip, adiferencia de las anteriores que se graba durante la fabricación. Permite unaúnica grabación y es más cara que la ROM.

Memorias de sobre todo lectura.

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Se puede escribirvarias veces de forma eléctrica, sin embargo, el borrado de los contenidos es

completo y a través de la exposición a rayos ultravioletas (de esto que suelentener una pequeña ‘ventanita’ en el chip).

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Se puedeborrar selectivamente byte a byte con corriente eléctrica. Es más cara que laEPROM.

Memoria flash: Está basada en las memorias EEPROM pero permite el borradobloque a bloque y es más barata y densa.

Memorias de Lectura/Escritura (RAM)

DRAM (Dynamic Random Access Memory): Los datos se almacenan como enla carga de un condensador. Tiende a descargarse y, por lo tanto, es necesarioun proceso de refresco periódico. Son más simples y baratas que las SRAM.

SRAM (Static Random Access Memory): Los datos se almacenan formandobiestables, por lo que no requiere refresco. Igual que DRAM es volátil. Son másrápidas que las DRAM y más caras.

El futuro del mundo de la memoria flash es bastante alentador, ya que se tiende ala ubicuidad de las computadoras y electrodomésticos inteligentes e integrados y,por ello, la demanda de memorias pequeñas, baratas y flexibles seguirá en alzahasta que aparezcan nuevos sistemas que lo superen tanto en característicascomo en coste. En apariencia, esto no parecía muy factible ni siquiera a medioplazo ya que la miniaturización y densidad de las memorias flash estaba todavíalejos de alcanzar niveles preocupantes desde el punto de vista físico. Pero con laaparición del MEMRISTOR el futuro de las memorias flash comienza a opacarse.

El desarrollo de las memorias flash es, en comparación con otros tipos dememoria sorprendentemente rápido tanto en capacidad como en velocidad yprestaciones. Sin embargo, los estándares de comunicación de estas memorias,de especial forma en la comunicación con los PC son notablemente inferiores, loque puede retrasar los avances conseguidos.

La apuesta de gigantes de la informática de consumo como AMD y Fujitsu enformar nuevas empresas dedicadas exclusivamente a este tipo de memorias comoSpansion en julio de 2003 auguran fuertes inversiones en investigación, desarrolloe innovación en un mercado que en 2005 sigue creciendo y que ya registró en2004 un crecimiento asombroso hasta los 15.000 millones de dólares (después dehaber superado la burbuja tecnológica del llamado boom punto com) según elanalista de la industria Gartner, que avala todas estas ideas.

Fig. Memristor flexible

Es curioso que esta nueva empresa, concretamente, esté dando la vuelta a latortilla respecto a las velocidades con una técnica tan sencilla en la forma comocompleja en el fondo de combinar los dos tipos de tecnologías reinantes en elmundo de las memorias flash en tan poco tiempo. Sin duda se están invirtiendomuchos esfuerzos de todo tipo en este punto.

Sin embargo, la memoria flash se seguirá especializando fuertemente,aprovechando las características de cada tipo de memoria para funcionesconcretas. Supongamos una Arquitectura Harvard para un pequeño dispositivocomo un PDA; la memoria de instrucciones estaría compuesta por una memoriade tipo ORNAND (empleando la tecnología MirrorBit de segunda generación)dedicada a los programas del sistema, esto ofrecería velocidades sostenidas dehasta 150 MB/s de lectura en modo ráfaga según la compañía con un costoenergético ínfimo y que implementa una seguridad por hardware realmenteavanzada; para la memoria de datos podríamos emplear sistemas basados enpuertas NAND de alta capacidad a un precio realmente asequible. Sólo quedaríareducir el consumo de los potentes procesadores para PC actuales ydispondríamos de un sistema de muy reducidas dimensiones con unasprestaciones que hoy en día sería la envidia de la mayoría de los ordenadores desobremesa. Y no queda mucho tiempo hasta que estos sistemas tomen, con unesfuerzo redoblado, las calles.

Cualquier dispositivo con datos críticos empleará las tecnologías basadas en NORu ORNAND si tenemos en cuenta que un fallo puede hacer inservible un terminalde telefonía móvil o un sistema médico por llegar a un caso extremo. Sin embargo,la electrónica de consumo personal seguirá apostando por las memorias basadasen NAND por su inmensamente reducido costo ygran capacidad, como los reproductoresportátiles de MP3 o ya, incluso, reproductoresde DVD portátiles. La reducción del voltajeempleado (actualmente en 1,8 V la másreducida), además de un menor consumo,permitirá alargar la vida útil de estos dispositivossensiblemente. Con todo, los nuevos retos seránlos problemas que sufren hoy en día losprocesadores por su miniaturización y altasfrecuencias de reloj de los microprocesadores.

Los sistemas de ficheros para memorias flash, con proyectos disponibles medianteCVS (Concurrent Version System) y código abierto permiten un desarrollorealmente rápido, como es el caso de YAFFS2, que, incluso, ha conseguido variospatrocinadores y hay empresas realmente interesadas en un proyecto de estaenvergadura.

La integración con sistemas inalámbricos permitirá unas condiciones propiciaspara una mayor integración y ubicuidad de los dispositivos digitales, convirtiendoel mundo que nos rodea en el sueño de muchos desde la década de 1980. Perono sólo eso, la Agencia Espacial Brasileña, por citar una agencia espacial, ya seha interesado oficialmente en este tipo de memorias para integrarla en susdiseños; la NASA ya lo hizo y demostró en Marte su funcionamiento en el Spirit(rover de la NASA, gemelo de Opportunity), donde se almacenabanincorrectamente las órdenes como bien se puede recordar. Esto sólo es elprincipio. Y más cerca de lo que creemos. Intel asegura que el 90% de los PC,cerca del 90% de los móviles, el 50% de los módems, etc., en 1997 ya contabancon este tipo de memorias.

En la actualidad TDK está fabricando discos duros con memorias flash NAND de32 Gb con un tamaño similar al de un disco duro de 2,5 pulgadas, similares a losdiscos duros de los portátiles con una velocidad de 33,3 Mb/s. El problema de estedisco duro es que, al contrario de los discos duros convencionales, tiene unnúmero limitado de accesos. Samsung también ha desarrollado memorias NANDde hasta 32 Gb.

La expansión de la memoria flash es infinita. A finales del 2009 Kingston lanzó unamemoria flash (DATATRAVELER 300) de una capacidad de 256 Gb la cual podríaalmacenar 51000 imágenes, 54 DVD o 365 CD.

Apple presentó el 20 de octubre del 2010 una nueva versión de la computadoraportátil MacBook Air en el evento denominado ‘De vuelta al Mac’ (Back to theMac), en su sede general de Cupertino, en California (Estados Unidos).

Una de las características más resaltantes de este nuevo equipo es que no tienedisco duro, sino una memoria flash, lo que la hace una máquina más rápida yligera.

Según David Cuen, un especialista consultado por la BBC Mundo, “la memoriaflash es una apuesta interesante pero arriesgada. La pregunta es: ¿está elmercado preparado para deshacerse de los discos duros? Apple parece pensarque sí”.

MEMORIA HOLOGRÁFICA [16]

Antes de hablar de la memoria holografía, toca hablar del holograma, que esbásicamente una técnica óptica, que consiste en registrar la imagen de un objetomediante la intersección de dos haces de rayo láser, que se aplican sobre elobjeto, de forma ortogonal hasta cubrir sus dimensiones tridimensionales. Lasinterferencias producidas se plasman de manera redundante sobre la superficie yen el interior de un soporte o volumen (generalmente fotopolímeros o cristal).1

La memoria holográfica o almacenamiento de datos holográficos es una nueva ypotente tecnología dentro del área del almacenamiento de datos de grancapacidad actualmente dominada por el convencional almacenamiento de datos

1 NA.

ópticos y magnéticos, estos dispositivos se basan en bits individuales que sonalmacenados magnéticamente o a través de cambios ópticos en la superficie delsoporte de grabación. La memoria holográfica supera estas limitaciones grabandola información a lo largo de todo el soporte y es capaz de almacenar múltiplesimágenes en la misma zona usando luz y ángulos diferentes.

Adicionalmente, mientras que los soportes que almacenan datos ópticos ymagnéticos graban un bit de información en una vez de forma lineal, losholográficos son capaces de grabar y leer millones de bits en paralelo, quepermiten tasas de transferencia de datos superiores a los alcanzados a través demedios ópticos de almacenamiento.

Fig. El almacenamiento de datos en tres dimensiones podrá guardar información en unespacio más pequeño, y ofrecer tiempos de transmisión de datos mucho más rápidos.Veremos a continuación cómo será la memoria holográfica en los próximos años y loque costará crear una versión para ordenador de este sistema de almacenamiento de altadensidad. Figura tomada de http://www.ordenadores-y-portatiles.com/memoria-holografica.html

La memoria holográfica captura la información usando un patrón de inferenciaóptica con un denso material óptico fotosensitivo. La lúz de un sólo láser se divideen dos haces de luz, uno de referencia y otro de señal; para su almacenamientose usa un modulador de luz espacial codificando la señal de los datos. A causa delcruce entre ambos haces, se forma un patrón de inferencia óptica, generando uncambio químico o físico en el soporte fotosensitivo; los datos obtenidos son

representados en un patrón óptico de píxeles oscuros y luminosos. Ajustando elángulo del haz de referencia, longitud de ondas, o posición media, una multitud dehologramas (teóricamente, varios miles) pueden ser almacenados en un únicosoporte. Lás limitaciones teóricas de la densidad de almacenamiento en estemedio son aproximadamente de decenas de Terabits (1 Tb = 1024 Gigabits/Gb,1024 Megabits/Mb = 1 Gigabyte/GB) por centímetro cúbico. En 2006, InPhaseanunció una capacidad de almacenamiento de alrededor de 500 Gb/in2. [17]

Los datos almacenados son leídos a través de la reproducción del mismo haz dereferencia usado para crear el holograma. La luz del haz de referencia esenfocada en el material fotosensitivo, iluminando el patrón de inferencia apropiado,se produce una difracción de luz en el patrón de inferencia, proyectándolo sobre ellector. El lector es capaz de leer los datos en paralelo, alrededor de un millon debits a la vez. Se pueden acceder a los archivos de un disco holográfico en menosde 200 milisegundos. [18]

La memoria holográfica puede proporcionar a las empresas un potente métodopara archivar información en formatos no regrabables o de una sola escrituraimpidiendo así que la información sea sobreescrita o borrada.

A continuación un cuadro comparativo que presenta, a modo de resumen, lasdiferencias entre los distintos sistemas de almacenamiento. Sólo la memoriatemporal o memoria RAM es más rápida en cuanto a tiempo de acceso (160Mb/seg.) y tiene mayor tasa de transferencia que los dispositivos holográficos,pero carece de la capacidad para almacenar permanentemente. [19]

Los fabricantes creen que dicha tecnología puede proporcionar unalmacenamiento de datos seguros durante 50 años, por encima de muchossoportes actuales. Por el contrario la tecnología de los lectores de datosevoluciona rápidamente pudiendo alargar la duración del soporte 50 años más.[20]

“La holografía todavía tiene que resolver algunas cuestiones pendientes. Se estáinvestigando cómo conseguir un equilibrio entre la funcionalidad del rayo de

referencia y su tamaño, demasiado grande aún si se piensa desde un punto devista comercial.

El otro punto débil son los materiales de grabación. Existen dificultades paraconseguir cristales y fotopolímeros de gran tamaño y/o espesor. En el caso de loscristales se exige que ese tamaño vaya acompañado de una buena calidad óptica[Boyles, 2000].

Otras desventajas que tienen los actuales productos de almacenamientoholográfico son:

El precio

• Alto costo comercial, que lo hace todavía no competitivo.

• Es una nueva herramienta que sustituiría a las anteriores sin posibilidad decompatibilidad.

• Su capacidad de almacenamiento y reproducción sin pérdida de calidadvendrán dadas por el tipo de material. Debe no ser volátil para que elholograma perdure.

• El material utilizado debe ser económicamente competitivo (carestía delproducto).

La regrabación

• No es posible actualizar datos sin regrabar todo el holograma. La técnicaholográfica no permite modificar sólo una parte del holograma dada sucaracterística de redundancia. No hay que olvidar que todo lo registrado en elsoporte tiene intensidad, ángulo y forma de grabación, no se puede regrabarpor partes. Este inconveniente se está solventando con los hologramasmultiplexados. No obstante, se sigue trabajando en la obtención de grabadorasy reproductores holográficos que tengan un tamaño y un precio competitivos enel mercado.

• Por su novedad, todavía no hay normas que regulen los soportes degrabación holográficos ni que permitan el intercambio entre instrumentos degrabación.

La capacidad de almacenar datos en cualquier formato, estático y en movimiento,abre para los hologramas numerosas aplicaciones relacionadas con el mundo dela documentación. Como documentos capaces de albergar información, laholografía es especialmente útil para determinadas temáticas. Un ejemplo de estoes la NTT(Nippon Telephone & Telegraph) que desarrolló una tecnología

holográfica para grabar 30 horas de imágenes en movimiento en un soporte decristal del tamaño de una uña [Enteleky, 2003]. Y también el trabajo realizado porel MIT Media Lab Spatial Imaging Group, que trabaja con el holovideo (videoelectro–holográfico) en tiempo real. Entre otros aspectos este equipo trabaja,desde 1990, programas para mejorar el holovideo y la compresión holográfica debanda ancha para transmitir a través de red [Lucente, 1998]. En medicina,antropología y arquitectura, la holografía se utiliza tanto para el diseño como parala muestra de maquetas [Orazem, 1992].

Otras posibles aplicaciones de los sistemas holográficos de almacenamiento dedatos serían las comunicaciones de satélite, el reconocimiento de transmisionesaéreas, las bibliotecas digitales de alta velocidad, el almacenamiento masivo paravehículos tácticos y el procesamiento de imágenes para propósitos médicos,militares y/o de video.

Prototipos de sistemas holográficos de información

Los esfuerzos llevados a cabo, desde los comienzos hasta el presente, nosmuestran la evolución tecnológica y el interés que existe por almacenarholográficamente la información.

Durante la década de los 70 se tuvo una orientación documental más definida(sustitución de microformas por hologramas, almacenamiento de documentacióncartográfica,etc.). A partir de los años 80 importa más el formato de la información(imagen, sonido, etc.). El objetivo es almacenar holográficamente todo tipo deinformación. Ya en los 90, la holografía se utilizó para todo tipo de sistemas deseguridad y autentificación.

• La biblioteca holográfica. Considerada como la biblioteca del futuro, esteproyecto de la década de los 70 tuvo lugar en Tianjin Microform TechniqueCorporation, y constaba de un ordenador y un scanner pequeño para fichas. Elscanner mostraría, imprimiría y enviaría información bibliográfica de la ficha através del ordenador. El problema era el costo. Era necesario desarrollartécnicas para obtener fichas, a gran escala y más baratas, y también un lectorde libros informático.

• Prototipo HRMR (Human Read/Machine Read) [Maugh,1979 en Nelson].Propuesto en la empresaHarris–Intertype Corp., de Melbourne. Se trata de unsubsistema del sistema de memoria masiva de microfilm que combina elalmacenamiento holográfico de datos digitales y de imágenes en el mismomedio. Estas características, junto con la capacidad y densidad dealmacenamiento, permitían guardar y recuperar información cartográfica[Nelson, Vander Lugt y Zech, 1974].

• Sistema de recuperación de información holográfico. Esta experienciasoviética tuvo lugar a finales de los años 70 y demostró que se reducía eltiempo de búsqueda y que era asequible para el usuario. Las descripcionesque elaboraba el VINITI mensualmente se almacenaban holográficamente. Labúsqueda se realizaba a través de matrices holográficas, de manera similar acomo se hacían las fichas perforadas, y se grababan en microhologramas.Estas matrices enlazaban con los datos de localización de los documentosincluidos en el fichero inverso.

• Almacenamiento holográfico para el reconocimiento óptico de huellasdigitales. Se está llevando a cabo en el National Institute of Standards andTechnology (NIST). Las huellas digitales se graban mediante un SLM (SpatialLight Modulator) y se transforman mediante el método Fourier en hologramastridimensionales. Posteriormente, y a través de una red neuronal, sediferencian las huellas con un proceso de coincidencia muy minucioso.

Todos estos experimentos utilizaban en mayor o menor medida la holografía.Pero realmente no se puede hablar de un almacenamiento holográfico sinohasta la década de los 90.

• Sistema digital total de Stanford (1994). Se trata del primer sistemacompletamente automatizado de almacenamiento holográfico de datos,concretamente de imágenes, con banda sonora. Se demostró que podíanusarse componentes electrónicos y ópticos del mercado, y se aplicó una nuevatécnica de codificación que procesaba las señales digitales de manera que sereducía el "ruido" y aumentaba la capacidad de almacenamiento [Heanue enOrlov 2000].

La naturaleza de la tolerancia del ruido en el almacenamiento holográfico de datosnace para subsanar los problemas asociados con las fuentes de ruido. Además,fue el primer estudio efectuado sobre tasas de error en la transferencia de datos(ruido). Este sistema se componía de un medio de almacenamiento que, consistíaen un cristal de litio niobado con una película de hierro. Se dividía la superficie enC ejes en un ángulo de 45 grados. Como los hologramas grabados conanterioridad podían borrarse con los que se grabaran después, se incluyó unesquema de grabación que permitía almacenar de manera eficiente un grannúmero de páginas con una difracción igual. La técnica de codificación consistíaen escribir una secuencia de pixeles off–on en el SLM para representar el 0, yde on–off para el 1.

• Sistema completamente automatizado Siros [InPhase] Fue ésta la primerademostración de un sistema de almacenamiento holográfico controladocompletamente de manera electrónica y automática. La arquitectura electrónicadel sistema se basó en un tecnología de bus y un conjunto de herramientasreprogramables denominadas, manera lógica, "puertas programadas porcampo" (FPGA,Field–Programmable Gate Array).

Una vez que se ha demostrado que la grabación, recuperación y organización deinformación almacenada en hologramas son posibles, la investigación se centrafundamentalmente en las unidades y soportes de lectura y escritura de esoshologramas y en la manera de procesar y codificar los datos para su grabación.

Tipos de memorias holográficas

Una vez conocida la técnica de la holografía aplicada al almacenamiento de datos¿cómo puede ésta aplicarse al campo de la información y la documentación? Nose trata de la imagen de un libro, sino de su contenido. Para ello nosaprovechamos de la capacidad de la holografía para almacenar objetostridimensionales.

Todo sistema holográfico de grabación se basaen la multiplexación, que permite incluir en unmismo soporte o volumen más de unholograma; utiliza una de las característicasdel almacenamiento holográfico, larecuperación asociativa.

Si se buscaran en un dispositivo dealmacenamiento convencional todos losregistros que comparten una determinadacaracterística, recuperaríamos el registro en laRAM, y la búsqueda se realizaría con unprograma de aplicación que miraría en todos ycada uno de los documentos. Con elalmacenamiento holográfico, este proceso

puede llevarse a cabo en la propia memoria.

En lugar de reconstruir páginas de datos con un rayo de referencia, el patrón dedatos que nos interese se coloca en el SLM, y se enfoca al punto dealmacenamiento concreto con el haz de señal. Todos los rayos de referencia seusan para almacenar los hologramas de esa pila, y se reconstruyen. La intensidadde cada rayo es proporcional a la correlación entre el patrón de datos originalalmacenado y el patrón de datos del rayo de señal que examina. Una vez que elhaz de referencia enfoca, en un "plano de correlación", a un conjunto, el ángulodel haz de referencia será el que corresponda para que puedan identificarse loshologramas pertinentes. El rayo de referencia puede reconstruir los hologramasfuera de la cámara. El proceso de búsqueda y recuperación puede durar unos 5milisegundos.

El sistema de multiplexación utilizado es lo que diferenciará los tipos de memoriasholográficas [Psaltis, 2001].

Memoria de acceso aleatorio holográfico (HRAM)

En las HRAM (Holographic Random–Access Memory), los rayos de referencia yde datos (objeto) se dirigen a un volumen que contiene múltiples localizaciones dealmacenamiento. Los rayos ópticos se dirigen muy rápidamente con escáneresópticos no mecánicos, la mayoría de estos los cuales utilizan un deflectoracústico–óptico o un SLM de cristal líquido unidimensional. Un sistema HRAMpuede leer hologramas desde cualquier localización en una secuenciaesencialmente aleatoria.

La fotosensibilidad de la mayoría de los cristales fotorefractivos es relativamentebaja, por lo que la velocidad de grabación está ligeramente por debajo que la delectura. Además, resulta casi imposible cambiar el estado de un solo pixel de unholograma. Se podría sustituir un determinado holograma dentro de una pila dehologramas, pero el proceso no es sencillo.

Por lo tanto, un sistema HRAM no es realmente un sistema de memoria delectura–escritura, sino más bien una memoria de un borrado y múltiples lecturas.

Este sistema se ajusta a aquellas aplicaciones que requieran almacenar grancantidad de datos casi permanentes y con una alta rapidez de lectura y

transferencia. Algunos ejemplos serían, el al macenamiento de películas, copiasde servidores web.

Un inconveniente del sistema es que el número de localizaciones a las que tieneacceso está limitado a la óptica de la dirección del rayo láser.

Memoria holográfica modular compacta

Se trata de una alternativa que mejora los sistemas HRAM. La memoriaholográfica modular compacta toma el mismo conjunto de pixeles para lagrabación y la recuperación, en el y del soporte de grabación. Se dirige a la mismalocalización volviendo sobre los pasos de la trayectoria que ha seguido el rayoláser, lo que devuelve la dirección original de la señal, al SLM. Esto permite utilizarlentes más baratas o incluso no tener que utilizarlas. Si cada píxel del SLM es a lavez modulador y detector lumínico, todo el dispositivo de almacenamiento sepodría reducir y elaborar sin partes móviles y se compondría de varios módulos(ver figura).

Cada módulo tiene un aspecto parecido a una memoria RAM, pero con la sutildiferencia de que puede almacenar 25 hologramas, según demostraron en laempresa Caltech. Para contrarrestar la erosión en el cristal fotorefractivo, se leañade a cada píxel la orden de que, periódicamente, detecte y refresque loshologramas. Esto permitiría que el sistema fuera más flexible y no obligara a tenerhologramas de manera permanente, y se podrían borrar hologramas de un grupode ellos.

En un sistema modular, el costo por megabyte depende de un conjunto de pixeles"inteligentes" y dos ángulos compactos dirigidos (uno para el haz de escritura yotro para el de lectura). Se puede recuperar de manera asociativa, pero hay queañadirle otro detector por módulo aumentando el número de pixeles mientras semantiene el costo del conjunto detector y el ángulo baja, lo cual es la clave paraponer en marcha esta arquitectura.

Discos holográficos 3D

Esta opción se centra más en los materiales de almacenamiento. El disco secompone de una capa de un milímetro de espesor. Los hologramas se almacenanen cada ubicación de la superficie del disco. Estas localizaciones se organizan a lolargo de las pistas radiales. Con el movimiento del cabezal se selecciona la pista yla rotación del disco le da acceso a cada pista.

Se puede utilizar la multiplexación por ángulo en los hologramas multiplexadossobre un disco holográfico, igual que en la arquitectura HRAM. No obstante, elescáner de ángulo necesitaría un cabezal de lectura muy grande y pesado comopara poder obtener un acceso rápido a los hologramas de las diferentes pistasradiales. Para que esto no pase, se puede utilizar un rayo convergente o esféricocomo rayo de referencia. Esto permitiría tener un rayo de referencia de ángulossimultáneamente en todas las pistas, y no de una en una. Esto aumentaríasensiblemente la velocidad de lectura.

Además los discos holográficos permiten sistemas de lectura y regrabación o desolo lectura. En el primer caso, los sistemas WORM incorporan un SLMconvirtiendo el cabezal de lectura en uno de lectura/escritura. En este caso elproceso de grabación se basa en las reacciones químicas de los fotopolímeros,que son el material de grabación de los discos 3D.

Las aplicaciones ROM son similares a las de la HRAM, películas, audio, juegos deordenador y demás información de sólo lectura [Psaltis, 2001].

El cuadro siguiente compara estas técnicas; sin embargo, hay que hacer constarque se trata de prototipos que aún están en fase de experimentación y mejora.

Discos Holográficos Versátiles (HVD)

Parten de los hologramas de color [García–Santiago, 2000] y los estudios sobreellos han variado, al igual que las compañías investigadoras. InPhase se funda enel año 2000 con la fusión de las empresas Lucent Technologies Venture, NewVenture Partners LLC, Signal Case, Madison Dearborn Patners, Hitachi MaxwellLtd., Imation Corporation y New Technology Partners. InPhase debía mostrar susistema holográfico de grabación de video Tapestry a finales de 2003. Se esperaque las capacidades de almacenamiento en los discos Tapestry de una solaescritura, alcancen los 100 Gb, con una tasa de transferencia de 20 Mbps [11].

La empresa japonesa Optware ha conseguido la primera grabación y reproduccióndel mundo, de películas en un disco holográfico transparente y quiere sacar almercado HVD (Holographic Versatile Disc) Players, Readers yWriters en el año2006 para el uso de las grandes empresas. Unas versiones más baratas saldrán almercado en el 2007. La empresa ha desarrollado un sistema holográfico colinealde almacenamiento de datos, que utiliza un láser verde de 532 nano–metros parapoder leer los datos holográficos de un disco de 12 cm. Los dos rayos, el dereferencia y el del objeto, interfieren entre sí dentro de la capa de grabación deldisco y guardan los datos. Debajo de esa capa hay otra capa más, pre–formateada, que guarda los datos servo y que se lee con un láser rojo. Estopermite hacer un seguimiento preciso del disco.

Entre la capa de datos y la de servo se encuentra un espejo que refleja el láserverde, pero que es transparente para el láser rojo. Este espejo es capaz de pararla disipación de la luz dentro del disco, que podría causar un aumento en el ruido ybaja calidad de la señal.

Para las empresas estos aparatos costarán aproximadamente 20000 dls einicialmente se utilizaran HVD de 200 Gb, que costarán 100 dls cada uno.

Sistema de lectura de 1Gb y 100 Mb de capacidad, de Stanford y Siros

Para los medios con espesor (p. ej. el litio niobado), la capacidad geométrica delos 90 grados está limitada, generalmente, por la dinámica y el ruido del soportemás que por las interferencias de la multiplexación. En cambio los medios planos(ej. los fotopolímeros), no tienen esta limitación y el número de hologramas que sepueden superponer en una localización está determinado por el número de grados

de libertad disponibles para la multiplexación. Un multiplexación angular en lageometría de transmisión no permite una suficiente densidad de almacenamientode los datos, por lo que son necesarias otras técnicas de multiplexación. Por esoDARPA fundó el consorcio PRISM que ha utilizado medios de almacenamientocon espesor (también denominados volúmenes) y grabado con láser pulsado, conlo que ha obtenido grandes logros, junto con los esfuerzos de la empresa Polaroidy su filial Aprilis. Y para grabar, mientras el disco estaba en constante rotación, sepresentó una nueva técnica de multiplexación basada en un rayo de referenciaque modula su fase.

Este sistema se compone de una cámara de video digital y un visualizador decristal líquido IBM que le sirven como detectores, más un componedor de páginas.Un disco holográfico de fotopolímero está en constante rotación en un eje, sobre elque recibe los pulsos. Con la sincronicación electrónica, se pueden dirigir lasdiferentes posiciones angulares; las radiales necesitan un dispositivo que muevael disco y el eje verticalmente [Orlov, 2000].

El Tratamiento documental de los hologramas

Toda la documentación artístico–musical, médica, química, arquitectónica,etcétera, ha conseguido aprovecharse de las ventajas de la tridimensionalidad quepermite la holografía. Ya en los años 60 se vio el potencial educativo de laholografía, lo que motivó a Upatnieks y Leith del Departamento de Ingenieríaeléctrica de la Universidad de Michigan y al Instituto de Investigación

Medioambiental de Michigan (ERIM), a construir el primer modelo de lector dehologramas bibliotecario. Éste, parecido a una televisión o a un lector demicroformas, constaba de una pantalla en la que aparecía la imagen localizada enla película. El rayo láser de baja potencia se refleja fuera de los espejos de la cajapara reconstruir la imagen virtual que se encuentra almacenada en la películadentro de la caja. Así, da la sensación de que el objeto se encuentra tras lapantalla.

Desde la perspectiva del tratamiento de hologramas, la conservación vendrátotalmente determinada por el soporte material, los que hemos considerado eneste artículo como los que se encuentran aún en fase muy experimental. Otraposibilidad es que se trate de un electroholograma, en cuyo caso estaríamoshablando de datos generados y almacenados por ordenador. Para suorganización, conservación y recuperación, hay que tener en cuenta otrosaspectos. En su descripción formal se consignará el tipo de onda utilizada para lagrabación, el tipo de soporte holográfico, el tipo de holograma, si es master uoriginal, y entre otras características. D'Alleyrand elaboró en 1977 ciertas reglas decatalogación para la Biblioteca de Investigación del Museo de la Holografía y trasla clausura del museo en 1992, la colección y el trabajo de catalogación pasaron alMIT. Para la entrada principal, si el holograma no es el resultado de una técnicainnovadora y tampoco trata de un tema original, su entrada se hará por título. Encualquier otro caso el encabezamiento principal será la nueva técnica o el/laautor/a del holograma. En estos casos el soporte material del holograma eratodavía una película y no el ya comentado cubo, con excepción del caso del ICG.Aunque sin referencia explícita, también las Anglo–American Cataloging Rules(AACR II) permiten hacer referencia en notas a reproducciones holográficas encaso de documentación musical y describir éstas realizando adaptaciones(Harrassowitz).

Para la clasificación de los hologramas,OCLC propuso en 1988 unas normas paramateriales bidimensionales ytridimensionales. Dentro de la categoría "r"de artefactos tridimensionales y objetos queaparecen en forma real, se encuentraconcretamente en el subgrupo "r" de objetosnaturales.

Para la recuperación tanto de hologramascomo de electrohologramas, ya a finales dela década de los 70 y principios de los 80 seda la solución en la antigua U.R.S.S[Zakharchenko, 1980] mediante laorganización de ficheros inversos. Estossistemas de información holográficos estánconstituidos por un grabador y equipo gráficocon un procesador electrónico. El equipográfico o visualizador holográfico estáconectado con el procesador electrónico para

buscar y posteriormente visualizar las holografías. El sistema de informaciónholográfico mantiene un sistema de ficheros inversos con los números de orden detodos los documentos del archivo y las coordenadas para localizar cadaholograma en el archivo de imágenes holográficas. Para realizar la búsquedamediante descriptores, el fichero inverso localiza los números de orden queresponden a un determinado descriptor y de ahí pasa a la localización en el ficherode imágenes holográficas. En este caso se recupera uno o varios hologramas enel soporte físico; una mejora a este sistema sería el uso de hologramas generadospor ordenador lo que permitiría una mayor rapidez no ya de localización sino derecuperación y visión.

Futuro

Compañías arraigadas como Sony, IBM, NASA, etcétera, ya utilizan esta técnicapara mejorar la localización y recuperación de información y así obtener más ymejores imágenes. Empresas como Aprillis, Bell–Labs, InPhase... son ejemplosdel interés que ya ha despertado la holografía, y muestran los esfuerzos que lasempresas están haciendo para obtener resultados que ya empiezan a llegar almercado.

Como conclusión de este tema se infiere que el almacenamiento holográficopuede ofrecer muy interesantes posibilidades y promete ser la solución másefectiva a nivel de costo, para las exigencias de almacenamiento de archivosmultimedia o de cualquier otra nueva tecnología. Esta nueva tecnología ópticapermite almacenar información digital, como los hologramas tridimensionales;También almacenar y recuperar los datos como patrones bidimensionales de luz,o páginas, en un volumen tridimensional de cristal sensible a la luz, y proporcionan

la base de la tecnología del almacenamiento holográfico. Los datos se organizanen páginas en lugar de en bits individuales, y con el uso de las capas se consiguemayor velocidad y un menor control por parte del sistema operativo del ordenador.Esto significa que es muy factible manejar el control de un sistema operativo dedisco, y que puede controlarse la demanda informática para gestionar imágenes omultimedia.

Esta tecnología se basa en las técnicas de almacenamiento holográfico devolúmenes fotorefractivos (PVHS); es decir, utiliza luz en lugar de electricidad,como con la fibra óptica, lo que la hace extremadamente rápida y un mediopotencialmente portátil. Los aparatos de almacenamiento holográfico serían unabuena elección para los sistemas que necesitan acceso aleatorio rápido paragrabar y mostrar un video digital, y para sistemas de procesamiento y transacciónde alto rendimiento a bajo costo, pues permite acceso rápido a la informaciónalmacenada.

Habrá que saber cómo conservar, catalogar y clasificar hologramas en lasbibliotecas del futuro, un futuro cada día más presente. Los datos holográficos nosupondrán tanto problema en relación con su tratamiento puesto que se trata dedocumentos digitales en formato audiovisual, textual, etcétera, pero sí en relacióncon su cantidad. Disponemos de un medio para almacenar grandes volúmenes deinformación, con acceso rápido y en formato 3D, que servirá para realizarbúsquedas de información en bases de datos voluminosas y consecuentementelas bases de datos que consultemos también cambiarán e incluirán descriptores,texto completo y diferentes objetos (por ejemplo, huellas digitales).

La transformación también tendrá lugar en el campo de la edición electrónica conrevistas, enciclopedias, mapas y hasta video juegos, en los que las memorias

holográficas harán que estos productos sean aún más potentes. Las posibilidadesmultimedia con un soporte holográfico están menos limitadas por la velocidad deacceso a los datos, las transferencias y el almacenamiento.

Los discos holográficos pueden llegar a ser los sustitutos del DVD, pero todavía secarece del material fotopolímero que tenga un espesor suficiente. Pese a todo, lasmemorias holográficas y su tecnología son indudablemente las candidatas a ser lanueva generación de sistemas de almacenamiento, sobre todo ahora que se estánconsiguiendo grandes avances en lo que a materiales holográficos se refiere.Como el logrado por el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), laUniversidad de California y el Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM) delConsejo Superior de Investigaciones Científicas que ha conseguido que lasmemorias holográficas sean también regrabables.

Cada vez necesitamos almacenar más cantidad de información, sobre todo siestas copias de seguridad incluyen a todo lo que se encuentra en Internet. Los

archivos electrónicos pueden verse desbordados sin la existencia de nuevossistemas de almacenamiento cada vez más pequeños y potentes.

Es un hecho que en breve plazo en el mundo de la documentación, la holografíava a ser de gran ayuda a la hora de almacenar información, aunque de momento,no se haya podido resolver el tema de grabar terabytes y hasta petabytes en unsoporte holográfico y hacer modificaciones posteriores.” [21]

Referencias

[1] DRAM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/DRAM

[2] Número de patente: FR09/52452, "Point mémorie RAM à un transistor",Institut Nationalle de la Propiété Industrielle.

[3] A-RAM: Novel capacitor less DRAM memory. 2009 IEEE International SOIConference. Foster City, CA.

[4] DDR SDRAM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/DDR_SDRAM

[5] DIMM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/DIMM

[6] RIMM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/RIMM

[7] DDR2. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/DDR2

[8] DDR3. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/DDR_3

[9] DDR4 SDRAM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/DDR4

[10] VRAM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/VRAM

[11] RAMDAC. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/RAMDAC

[12] SRAM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/SRAM

[13] Memoria FRAM. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/FRAM

[14] Memoria de solo lectura. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_ROM

[15] Memoria Flash. Recuperado el 17 de enero de 2013.http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_flash

[16] Holographic data storage. Consultado el 28-04-2008.http://www.research.ibm.com/journal/rd/443/ashley.html

[17] High speed holographic data storage at 500 Gbit/in.2. Consultado el 05-05-2008. http://www.inphase-technologies.com/technology/whitepapers.asp?subn=2_3

[18] Robinson, T. (Junio de 2005). The race for space. netWorker. 9,2.Consultado el 28 de abril de 2008 en ACM Digital Library.

[19] García Santiago, Lola. (2006). Las memorias holográficas como nuevosoporte de documentos audiovisuales. Investigación bibliotecológica, 20(41),141-160. Recuperado en 06 de abril de 2013, dehttp://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-358X2006000200007&lng=es&tlng=es.

[20] Robinson, T. (Junio de 2005). The race for space. netWorker. 9,2.Retrieved April 28, 2008 from ACM Digital Library.

[21] García Santiago, Lola. (2006).