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Computación

Almacenaje ultradenso de datos en 3-D

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Unos chips elaborados con grafito podrían almacenar más bits que las memorias flash.

  • por Kate Greene | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 16 Septiembre, 2009

Durante décadas, los ingenieros han modificado el diseño de los chips para que sean capaces de almacenar más datos en un espacio más reducido. Sin embargo, y a medida que los componentes de los chips siguen reduciendo su tamaño, los ingenieros están a la búsqueda de alternativas al silicio que quizá provean un mejor rendimiento y tamaños más pequeños. Uno de los posibles métodos consiste en utilizar carbono en forma de nanotubos—diminutas láminas enrolladas de átomos de carbono—o en forma de grafeno—láminas únicas e individuales de átomos. Sin embargo, no es fácil producir ninguna de estas estructuras a escala masiva e integrarlas en los chips utilizando los procesos de manufactura actuales.

No obstante, un equipo de investigadores de la Universidad Rice en Houston acaban de hacer de mostrar que un primo del grafeno, el grafito, se pude utilizar para crear dispositivos de memoria rápidos y de alta densidad con algunas de las ventajas de las memorias flash que normalmente se encuentran en las tarjetas de memoria y los reproductores de mp3. El grafito, que es el mismo material que se usa en los lápices, se distribuye en múltiples láminas y escamas, y se puede depositar en el silicio utilizando los métodos de deposición estándar, lo que lo diferencia de los nanotubos y el grafeno.

El dispositivo de memoria de grafito, construido por James Tour, profesor de química en la Universidad Rice, junto al investigador de postdoctorado Alexander Sinitskii, es similar a la memoria flash en cuanto a que no tiene elementos móviles, lo que significa que es más robusto que un disco duro magnético. No obstante, y al contrario que la memoria flash, que almacena los bits como cargas eléctricas, la memoria de grafito no se gasta tan rápidamente. Además las células de memoria del grafito se pueden alinear verticalmente y apilar, lo que significa que un chip que utilice grafito tiene un potencial de almacenaje de bits 10 veces mayor en el mismo espacio que utilizan las memorias flash actuales.

Las células de memoria de grafito están compuestas de láminas de grafito depositadas entre dos electrodos. El diseño de dos electrodos de la memoria grafítica es distinto al de la memoria flash, que requiere una “fuente,” un “desagüe,” y una “puerta” para poder mantener la carga eléctrica—esencialmente, los bits de datos. Puesto que la memoria flash tiene que almacenar la carga en las puertas, que suelen tener escapes, las células se desgastan a lo largo del tiempo.

La memoria grafítica funciona de forma distinta. Cuando se aplica un cierto voltaje a la célula de memoria, la tira de grafito se raja, según explica Tour. La presencia o ausencia de huecos—representada como un 0 o un 1—se puede leer mediante la aplicación de bajos voltajes a través de los electrodos. Si se aplica un voltaje más grande los huecos se suavizan, con lo que en esencia se borra el bit. Tour admite que no está seguro de cuál es el mecanismo exacto que ocurre durante el proceso de escritura de datos, aunque sospecha que el voltaje crea una estructura de filamento dentro del carbono que interactúa con el silicio colindante, produciendo una impronta eléctrica característica.

La estructura de dos electrodos de la memoria grafítica es lo que permite que sea construida en una célula de memoria tridimensional, según explica Tour. La estructura de tres componentes de la memoria flash hace que conectar las células de memoria verticalmente sea muy complicado. La memoria grafítica, por el contrario, se puede depositar fácilmente entre dos capas de electrodos.

El grupo de Tour no es el único que está explorando la memora tridimensional. Stuart Parkin en IBM está desarrollando una, así llamada, memoria ‘pista de carreras’ que almacena los datos mediante la alteración de las propiedades magnéticas de los nanocables depositados en el silicio. SanDisk, el fabricante de chips, está desarrollando una memoria tridimensional que utiliza unas series de diodos apilados de forma vertical.

Durante los próximos años el desarrollo de la memoria tridimensional se hará cada vez más importante, afirma Tour. “Si de aquí a cinco años no te han metido en el negocio de la memoria 3-D, eso significa que no serás parte del negocio de memorias.”

Este estudio ha llamado la atención de los analistas de la industria. “El concepto es interesante y potencialmente prometedor,” afirma Victor Zhrimov desde Semiconductor Research Corporation. Señala, no obstante, que aún es muy pronto para apoyar esta tecnología plenamente, puesto que aún no está del todo claro cuál es el mecanismo que sustenta la memoria.

Sin embargo, el rendimiento obtenido por los primeros prototipos de memoria grafítica es prometedor, afirma Tour. Las células se pueden escribir y leer a velocidades comparables con las memorias flash actuales. Y los voltajes que se necesitan para operarlas son más bajos que los que se usan en la memoria flash.

Además, la tecnología podría extenderse más allá de la memoria hasta otro sector de la industria de la electrónica encargado de construir chips denominados como FPGAs (field-programmable gate arrays). Estos chips se pueden reconfigurar para varias tareas, desde controlar radios hasta hacer cálculos con números, aunque los FPGAs actuales se ven limitados en cuanto al número de veces que se pueden reconfigurar. Si los componentes entre las capas de los FPGAs estuvieran conectados mediante el uso de pilares o tiras grafíticas, afirma Tour, entonces se podría conseguir un número de reescrituras casi infinito.

Los investigadores de la Universidad de Rice se han aliado con la startup NuPGA, una compañía que utilizará la tecnología de grafito para elaborar FPGAs. Además, y según señala Tour, una compañía anónima ha mostrado su apoyo ante el estudio de memoria. Tour cree que al menos pasarán ocho años antes de que los prototipos se conviertan en productos, debido a la necesidad de asegurar la fiabilidad o optimizar el proceso de manufactura.

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