Cómo seleccionar los tipos de chips de memoria adecuados para su diseño

A continuación, se indican los parámetros comunes que utilizan los diseñadores y desarrolladores:

•  Las interfaces de hardware son las numerosas interfaces de un chip de memoria, necesarias para permitir el acceso y la recuperación de datos a alta velocidad sin comprometer las capacidades de la memoria. Un chip de memoria interactúa con gráficos, unidades de disco duro y buses de serie universales (USB, por sus siglas en inglés).
•  La velocidad de datos es la rapidez con la que se obtiene la instrucción de la memoria del programa, se convierte en señales para la CPU y se ejecuta.
•  El ancho de banda, o velocidad de reloj y tiempo de acceso, se refiere a la cantidad de datos que un chip de memoria puede mover, leer, almacenar o procesar dentro de un período de tiempo establecido. Puede expresarse en bits, bytes o hercios por segundo (b/s, B/s o ciclos/s).
•  El tamaño de la memoria se refiere a la capacidad de almacenamiento de datos.
•  El ancho de banda de memoria es la velocidad a la que un procesador puede leer o almacenar datos en un dispositivo semiconductor.
•  La sincronización de la memoria determina la velocidad general de operación del sistema del procesador.
•  Retención de datos indica el tiempo durante el cual se pueden conservar los datos en el chip.
•  La eficiencia energética de un chip es menor si el chip necesita alimentación continua de una fuente de energía.
•  La escritura/reescritura o solo lectura indica si el chip de memoria escribe/reescribe con frecuencia. La memoria de solo lectura normalmente almacena un programa ejecutable que será de solo lectura.
•  La tolerancia a la temperatura es el rango de temperatura dentro del cual el chip de memoria puede funcionar de manera confiable; un rango de temperatura más amplio indica una mayor capacidad de un chip para operar en entornos difíciles.

Utilizaremos los parámetros anteriores para comparar las cuatro categorías más comunes de chips de memoria en el mercado: memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), RAM estática (SRAM), ROM programable borrable eléctricamente (EEPROM) y flash.

La RAM dinámica y la RAM estática se utilizan en la memoria primaria, o RAM, y la EEPROM y la flash se utilizan en la memoria secundaria o ROM. Si bien tanto la memoria primaria como la secundaria son necesarias, difieren en múltiples aspectos. Tradicionalmente, la memoria secundaria se refiere al almacenamiento externo, como un disco duro. Con el avance de la tecnología de la memoria, muchas memorias secundarias ahora incluyen memorias de estado sólido.

Memoria primaria: DRAM frente a SRAM

La memoria primaria, o RAM, está vinculada a la unidad central de procesamiento (CPU). Como resultado, la memoria primaria permite un acceso más rápido a los datos. Sin embargo, la memoria primaria tiene un tamaño de limitado, mientras que la memoria secundaria se utiliza para el almacenamiento a largo plazo de grandes cantidades de datos. La memoria primaria es volátil, temporal y requiere un suministro de energía continuo para mantenerse almacenada. Cuando el sistema se apague, el contenido de la memoria se perderá. Por último, la memoria primaria se puede escribir y reescribir varias veces.

Tanto DRAM como SRAM se utilizan en la memoria primaria. La DRAM tiene una estructura de celda más simple que la SRAM. La DRAM requiere una celda de memoria, mientras que la SRAM requiere múltiples celdas. Como resultado, la DRAM es mucho más barata, mientras proporciona el mismo nivel de densidad de memoria. Además, la DRAM puede lograr una alta densidad de memoria en formatos pequeños, lo que permite su prevalencia en computadoras personales y estaciones de trabajo.

Sin embargo, la DRAM tiene importantes desventajas. Debido a que la carga eléctrica responsable del almacenamiento de datos en las celdas de DRAM se filtra lentamente, estas se deben actualizar o reescribir de forma periódica. El proceso de actualización es dinámico, de ahí el término ”DRAM”. Sus demandas de actualización y fuentes de energía continuas hacen de DRAM una opción de alto consumo de energía o baja eficiencia. Los requisitos de actualización de la DRAM también disminuyen su velocidad operacional.

Por otro lado, como la SRAM no necesita actualizarse, puede soportar ciclos de lectura y escritura más rápidos y confiables que la DRAM. Además, el tiempo del ciclo de SRAM es mucho más corto, ya que no necesita una pausa entre los accesos a los datos. Con más celdas de memoria por chip, los chips SRAM son más caros y requieren más energía que los DRAM. Como resultado, SRAM se utiliza normalmente para caché y memoria de vídeo, mientras que DRAM sirve como la principal tecnología de memoria de semiconductores.

Además, de una mayor velocidad operacional, la SRAM tiene una mayor eficiencia operativa que la DRAM. La DRAM funciona de forma asíncrona, que reacciona a las peticiones y las gestiona una a una. Por otra parte, la SRAM se sincroniza con el reloj del procesador y tiene la capacidad de funcionar de forma más compleja y a velocidades superiores.

Por último, hay chips DRAM y SRAM que son resistentes y con el rango de temperaturas adecuado para respaldar aplicaciones industriales y militares.

Memoria secundaria: EEPROM frente a la memoria flash

A diferencia de la memoria primaria, la secundaria o ROM, no está vinculado a la CPU. Como resultado, la memoria secundaria tiene un acceso más lento a los datos. Debido a que la memoria secundaria es no volátil y permanente, no pierde sus datos durante un corte de energía o debido a golpes o vibraciones. Además, la memoria secundaria tiene una capacidad de almacenamiento de datos significativamente mayor y, a diferencia de la memoria primaria, que puede escribirse y reescribirse repetidamente, la memoria secundaria es principalmente de solo lectura y se modifica con poca frecuencia.

EEPROM es un tipo de ROM que se puede borrar y reprogramar repetidamente mediante pulsos eléctricos a un voltaje específico. Un chip EEPROM se borra y se reprograma en bytes. Como resultado, la reprogramación de la EEPROM puede ser lenta. Además, la EEPROM tiene una programabilidad limitada, lo que acorta su vida útil.

La EEPROM no se utiliza mucho porque carece de retención de datos y de confiabilidad en la resistencia de estos. La EEPROM tiene un período de retención de datos limitado, debido a que los electrones inyectados en la puerta flotante pueden casi no tener sentido, lo que provoca la pérdida de datos. La reescritura se hace imposible para la EEPROM, más allá de un cierto número de ciclos, lo que limita la resistencia de los datos.

Como resultado, las EEPROM se utilizan principalmente en la creación rápida de prototipos de dispositivos, lo que requiere una reprogramación fácil y una falta de volatilidad. Los fabricantes de computadoras personales generalmente utilizan EEPROM para reprogramar la memoria de solo lectura. Además, debido a que los chips EEPROM no requieren energía para retener sus datos, se utilizan comúnmente para almacenar información del BIOS y software básico para módems, tarjetas de video y otros periféricos.

Con el paso de los años, la memoria flash, una versión más eficiente de la EEPROM, ha reemplazado a la EEPROM en muchas áreas. A diferencia de la EEPROM, que lee y escribe en bytes, la memoria flash borra y escribe datos en bloques de tamaño fijo, esta característica de la memoria flash mejora el rendimiento de la misma en comparación con la EEPROM. Si bien algunos chips flash son más lentos porque no se puede escribir en ellos hasta que se borran, algunos chips flash más nuevos tienen una función de lectura mientras se escribe (RWW) que permite la lectura y escritura simultáneas.

Not AND (NAND) y not OR (NOR) son los dos tipos básicos de memoria flash. Se accede a la memoria flash de tipo NAND de la misma manera que a los dispositivos de bloques, como los discos duros. Particionada con un sistema de archivos y usada como un área de almacenamiento de acceso aleatorio, NAND necesita, por lo tanto, una unidad de administración de memoria. Por otro lado, la memoria flash de tipo NOR se puede leer por medio de celdas de memoria individuales, como puede hacerlo una ROM tradicional. Además, para extender el número limitado de ciclos de escritura (vida útil) de una unidad flash, se ha desarrollado la nivelación de desgaste para reducir el impacto en celdas o áreas muy utilizadas.

En general, los chips flash son más portátiles que los chips EEPROM. Sin embargo, los chips flash son demasiado caros por byte para ser utilizados como dispositivos de almacenamiento masivo. En la actualidad, la memoria flash se utiliza en el almacenamiento portátil de imágenes digitales con dispositivos como tarjetas de datos seguras de cámaras digitales, memorias flash USB, teléfonos móviles, buscapersonas y escáneres. Los chips de memoria flash también se utilizan como discos de estado sólido en ordenadores portátiles y tarjetas de memoria para consolas de videojuegos.

Cómo encontrar los chips de memoria adecuados para sus necesidades

Una computadora necesita memoria primaria y secundaria. Los dos tipos de memoria tienen varias características de interfaz de hardware, tasa de transferencia de datos, tamaño de memoria, retención de datos, eficiencia energética y de escritura/lectura. Al seleccionar los chips de memoria, busque los parámetros adecuados para su diseño. La mayoría de los distribuidores proporcionan criterios de búsqueda de memoria para comodidad de los desarrolladores.

La memoria primaria utiliza chips DRAM y SRAM. Las diferencias más significativas entre ellas incluyen la necesidad de la DRAM de actualizarse de manera periódica y su menor costo, así como, la mayor velocidad de la SRAM. Usados en la memoria secundaria, los chips de EEPROM y memoria flash difieren notablemente en cómo borran y escriben, así como en el mayor costo de los chips de memoria flash.

Hay muchas otras memorias específicas disponibles. Sin embargo, DRAM, SRAM, flash y EEPROM son lejos, los chips de memoria más populares en cuanto a diseño. Obtenga más información sobre los diferentes tipos de memoria computacional.

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