Rastreando la memoria emergente de hoy para sistemas embebidos

Cuando la mayoría de los diseñadores escuchan la palabra “memoria” en el contexto de la electrónica, probablemente piensan en Flash o DDR3/4. Estas tecnologías son ciertamente populares, pero otras tecnologías emergentes están abriéndose camino para sistemas embebidos específicos de aplicaciones. Incluso mientras la especificación DDR5 está saliendo de la prensa, las memorias legado aún tendrán su lugar en ciertas aplicaciones embebidas.

Para los diseñadores de sistemas embebidos, hay una gran cantidad de opciones de memoria disponibles para nuevos sistemas. Se están lanzando nuevos productos a través de tipos de memoria, incluso mientras los grandes proveedores de memoria se centran en clientes más grandes con menor cantidad de números de parte. Irónicamente, algunos de estos nuevos productos de memoria emergente no son nuevos en absoluto, ya que los tipos de memoria más antiguos aún tienen un papel que desempeñar en nuevos productos.

Emparejando Memorias Legado y Emergentes con Aplicaciones

La memoria es uno de esos componentes que no desaparecerá, incluso aunque un tipo de memoria más avanzado llegue al mercado. Mientras compañías grandes como Samsung han etiquetado sus productos DDR anteriores como EOL y se han enfocado en lo último y lo mejor, compañías más pequeñas han dado un paso al frente con amplios portafolios de productos que incluyen desde NAND flash hasta DDR2. Los diseñadores de sistemas embebidos aún pueden acceder a estos productos anteriores, ya sea como chips de alta capacidad independientes o integrados en procesadores.

Incluso mientras las principales compañías de semiconductores se centran en las nuevas iteraciones de tecnología probada (por ejemplo, DDR5 y pronto DDR6), tipos experimentales de memoria volátil y no volátil son objeto de intensa investigación y comercialización. El objetivo es desarrollar productos que puedan soportar tecnologías emergentes como IA, computación en el borde, autos autónomos, y otros dispositivos que aún no hemos concebido. La tabla a continuación muestra algunas de estas áreas de aplicación para memorias antiguas y nuevas para comparación.

Memoria Emergente para Productos Embebidos

Con la gama de aplicaciones de memoria siendo tan diversa como las líneas de productos en el mercado, es dudoso que alguna de estas reemplace a DDR4 y superiores para computación de propósito general. En cambio, dadas las características únicas de los próximos tipos de RAM, es probable que se confinen a algunas aplicaciones de nicho en sistemas embebidos, centros de datos, dispositivos móviles, sistemas inteligentes y muchas otras áreas. Veamos algunos de estos tipos de memoria emergente.

FRAM y MRAM

Estas dos tecnologías valen la pena compararlas ya que ambas son magnéticas, pero MRAM es decididamente más avanzada y está dirigida a aplicaciones más avanzadas. Es cierto que los módulos FRAM no volátiles están disponibles en el mercado, pero están estancados en 4-8 MB. Los ciclos de lectura/escritura de FRAM también son destructivos con baja latencia (~50 ns), por lo que estos módulos no son aplicables para sistemas de alta velocidad y alta capacidad. Algunas áreas de aplicación incluyen:

• Dispositivos médicos

• Electrónica ponible

• Arreglos de sensores IoT

• Productos automotrices e industriales

La adopción de MRAM es baja, pero solo porque no ha estado en el mercado durante mucho tiempo y las fundiciones todavía están invirtiendo en capacidad de producción para satisfacer la demanda proyectada. MRAM almacena cada bit de datos como una orientación magnética, y aplicar un voltaje le da a un dispositivo MRAM cierta probabilidad de cambiar de estado. Esto es realmente útil en una aplicación como las redes neuronales, donde la inicialización de peso aleatorio podría usarse para sistemas de IA integrados. Esta tecnología puede ser útil en ASICs de IA de bajo consumo y SoC, particularmente dentro del bloque de cómputo de IA.

ReRAM

Actualmente, ReRAM de 40 nm ha logrado la calificación técnica para su uso en productos de consumo, y ReRAM de 22 nm ha estado en producción de riesgo desde 2019. Traer ReRAM de alta densidad a aplicaciones prácticas requiere superar una serie de desafíos técnicos y de fabricación, por lo que no deberíamos esperar que la próxima generación de laptops funcione con ReRAM.

La aplicación ideal actual para arreglos de memoria ReRAM de baja densidad es para el procesamiento de redes neuronales en paralelo en la computación convencional. Con el competidor más cercano de ReRAM siendo Flash, ReRAM ofrece una latencia de lectura/escritura más rápida y un menor consumo de energía, lo que lo hace útil en sistemas embebidos que requieren acceso rápido a la memoria en aplicaciones de alto cómputo. Sin embargo, es poco probable que ReRAM reemplace a NAND Flash ya que tiene sus propias dificultades de fabricación que pueden mantener altos los costos. Aplicaciones más avanzadas como análisis en tiempo real necesitarían algo más rápido con alta capacidad, como PCRAM.

PCRAM

Los productos comercializados de PCRAM datan de principios de los años 2000, pero la memoria de cambio de fase finalmente ha salido de la categoría de "emergente" gracias a una mayor adopción de la RAM no volátil 3D Xpoint de Intel (Intel Optane, ver abajo). Esta tecnología es quizás el mejor candidato para habilitar el almacenamiento masivo de datos a nivel nanométrico mientras permite una integración 3D extrema. Sin embargo, debido al grabado y la litografía extremadamente precisos requeridos para desarrollar algo como Xpoint, los costos se vuelven prohibitivos en comparación con otras tecnologías. Aún así, IBM ve el valor en PCRAM como un bloque de memoria en sistemas de IA embebidos, particularmente si se puede integrar a nivel de chip.

Se proyecta que los productos de memoria emergentes produzcan $36 mil millones en ingresos combinados para 2030, con un crecimiento distribuido a través de áreas de aplicación integradas. Aunque es tentador pensar en una de estas tecnologías como la "ganadora" en los mercados de memoria, cada una de estas tecnologías tiene su lugar en el panorama integrado.

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