MRAM

El factor principal que decide el coste de un sistema es la densidad de los componentes que lo forman. Sistemas con menos componentes y más sencillos (pequeños) conllevan densidades mayores y una mayor producción de chips en cada oblea de silicio, lo que a su vez mejora la tasa de chips sin errores.

La memoria DRAM utiliza condensadores como elementos de memoria, junto con cables que transportan la corriente y un transistor de control (esto compone una celda 1T1C). Los condensadores son esencialmente dos placas metálicas separadas por un material aislante. DRAM es la RAM que en la actualidad disfruta de una mayor densidad y es, por tanto, la más barata, por lo que constituye la mayor parte de la RAM que se utiliza en los ordenadores.

La memoria MRAM es bastante parecida en sus aspectos físicos aunque no suele necesitar de un transistor para la operación de escritura. Sin embargo, tiene el problema de la interferencia en escritura (half select) que limita el tamaño de las celdas a 180 nm o más. Las variantes que utilizan toggling pueden escalar hasta cerca de 90 nm,[3] el mismo tamaño que las memorias DRAM actuales. No obstante, para que sea rentable que entre en producción, debería ser capaz de bajar a los 65 nm de los dispositivos de memoria más avanzados, lo que seguramente deberá pasar a utilizar técnicas de torsión de spin (STT).

Los condensadores que forman la DRAM pierden su carga con el tiempo si esta no se restablece periódicamente (aproximadamente 1000 veces por segundo, leyendo y reescribiendo sus valores). Por ello necesitan una alimentación continua y los datos se pierden si el suministro de energía se corta. El ciclo de refresco se reduce con el tamaño de las DRAMs, y se incrementa el consumo.

Por el contrario, las memorias MRAM no necesitan ningún tipo de refresco, lo que las hace no volátiles y además las libra del consumo continuo de energía. El proceso de lectura es comparablemente más costoso, aunque en la práctica la diferencia parece ser muy pequeña. El proceso de escritura sí necesita más energía para sobreponerse al campo ya existente en la junta (entre 3-8 veces la energía necesaria en lectura).[4][5] La cantidad neta de energía consumida dependerá de la naturaleza de los accesos – más a más escrituras –, aunque en general los defensores de este enfoque prevén consumos mucho menores (de hasta el 1% del consumo de la DRAM). Los dispositivos basados en SST anulan la diferencia entre lectura y escritura, acentuando aún más esta diferencia.

Es interesante comparar la MRAM con otro dispositivo común, la memoria Flash RAM. Esta es también no volátil, lo que la convierte en un sustituto común de los discos duros en dispositivos pequeños como reproductores de música y cámaras digitales. En lectura los requerimientos energéticos de ambas memorias son muy semejantes. En escritura, en cambio, Flash se reescribe con pulsos de voltaje elevados (cerca de 10 V) que utilizan acumuladores relativamente lentos y con alto consumo. La degradación que producen limita además el número de ciclos de escritura de las celdas.

A diferencia de Flash, MRAM necesita solo un poco más de energía para realizar la escritura y ningún cambio en el voltaje, lo que lleva a un consumo menor con operaciones más rápidas y sin efecto sobre la vida del dispositivo.

La velocidad en memorias DRAM viene limitada por el tiempo que cuesta drenar (en lectura) o almacenar (en escritura) la corriente en las celdas. En MRAM, se basa en la medición de voltajes en lugar de corrientes, por lo que el tiempo de asentamiento (settling) es mejor. Se ha demostrado que los dispositivos MRAM tienen accesos en el orden de 2 ns, algo mejores que los de las DRAM más avanzadas, que utilizan procesos de fabricación mucho más recientes.[6] La diferencia con Flash es mucho más acusada, con rendimientos similares en lectura, pero miles de veces mejor en escritura.

La única tecnología que puede competir con MRAM en términos de velocidad es la memoria SRAM, formada por conjuntos de transistores que forman flip-flops para almacenar uno de dos estados mientras se suministra potencia. Los transistores tienen necesidades de energía muy bajas, por lo que el cambio de estado es muy rápido. No obstante, una celda SRAM está formada por varios transistores, por lo que su densidad es mucho menor que la de DRAM. Esto a su vez la hace más cara y su uso está reservado a cantidades pequeñas de memoria de alta velocidad, típicamente la memoria caché en las CPUs actuales.

La memoria MRAM no es tan rápida como la SRAM, pero sí se acerca lo suficiente como para resultar competitiva incluso en estos usos para ofrecer capacidades mucho mayores de caché, aunque algo más lenta. Se desconocen actualmente las consecuencias que este compromiso podría tener.

MRAM ofrece velocidades parecidas a las de SRAM con una densidad comparable a la de DRAM pero mucho menos consumo que esta (y mayor velocidad). Además, frente a la memoria Flash, no presenta degradación en el tiempo. Esta combinación hace que algunos la propongan como “memoria universal”, capaz de reemplazar a estas tres así como a la memoria EEPROM. También explica la intensa actividad de investigación que rodea su desarrollo.

Sin embargo, las tendencias del mercado la han mantenido lejos de alcanzar una utilización generalizada. El mercado de memoria Flash ejerce una gran presión para que los fabricantes desarrollen nuevos procesos de integración, logrando chips de 1 Gibit en 65 nm y hasta 16 Gibit en el caso de Samsung en 50 nm.[7] La sobreproducción de DRAM ofrece un retorno de la inversión mucho menor, por lo que la mayor parte de la memoria DDR2 se fabrica utilizando procesos antiguos de 90 nm (una generación anterior a las actuales).

MRAM, por su parte, se encuentra todavía en estado de desarrollo en gran parte y su producción se realiza en factorías secundarias. El único producto disponible a gran escala es el chip de 4 Mibit de Freescale Semiconductor, que utiliza procesos de varias generaciones de antigüedad de 180 nm. La gran demanda de memoria Flash sigue dirigiendo la oferta de forma que los fabricantes no se arriesguen a dedicar sus fábricas principales a la producción de MRAM. En todo caso, e incluso utilizando el mismo proceso de fabricación, las celdas MRAM siguen estando muy por encima de los tamaños conseguidos en Flash.

2006

• Febrero – Toshiba y NEC anuncian un chip de 16 Mibit con un diseño nuevo de potencia (power-forking) que logra anchos de banda de 200 Mbit/s con tiempos de ciclo de 34 ns, el mejor rendimiento MRAM hasta la fecha. También es el más pequeño de su clase (78,5 milímetros cuadrados) y alimentación a 1,8 V.[9]
• Julio – Freescale comercializa un chip de 4 Mibit a un precio aproximado de 25 dólares.[10]

2007

• Agosto – IBM y TDK buscan reducir costes y aumentar el rendimiento de las MRAM con miras al lanzamiento de un nuevo producto al mercado.[11]

2018

• Intel anuncia la fabricación en masa de memoria MRAM.[12][13]