¿Qué es la memoria flash? Tipos, Trabajo, Beneficios y Desafíos

La memoria flash es una tecnología de almacenamiento que utiliza un diseño de celda de puerta flotante para recordar su estado antes de apagarse, por lo que retiene los datos independientemente de la fuente de alimentación activa o inactiva, lo que la convierte en una forma duradera de lectura, escritura y borrado de memoria.

Cómo funciona la memoria flash

Fuente:eeNews EmbeddedAbre en nueva ventana

La memoria flash es un chip de memoria no volátil que se utiliza para el almacenamiento y la transmisión de datos entre equipos digitales y computadoras personales. Es capaz de ser reprogramado eléctricamente y limpiado. A menudo se incluye en unidades de memoria USB, reproductores de MP3, cámaras o unidades de estado sólido. En los últimos años, la tecnología flash se ha vuelto más asequible y duradera, lo que ha llevado a su uso generalizado en TI empresarial.

Los ejemplos de memoria flash que se encuentran con más frecuencia en las computadoras incluyen:

En la memoria flash, la información se almacena en celdas de memoria. Estas celdas tienen transistores de puerta flotante que pueden capturar electrones durante un período prolongado, pero no indefinidamente. Dependiendo de dónde se aplique un voltaje, estas celdas pueden realizar tareas de lectura, escritura y borrado. Para realizar una operación de escritura, la puerta flotante de la celda de memoria debe estar cargada o descargada; un estado cargado implica un 0 lógico y un estado descargado sugiere un 1 lógico.

Los sistemas de almacenamiento modernos agrupan celdas de memoria en páginas, lo que permite recuperar enormes cantidades de datos simultáneamente en lugar de celda por celda. La forma más común de memoria flash, flash no y (NAND), consta de bloques de 32 o 64 páginas.

Un chip NAND puede "empujar" electrones dentro de un medio de óxido y hacia una "puerta" de silicona. Estas puertas retienen electrones que una computadora puede interpretar como 1 y 0. El chip une cientos o miles de estos transistores y utiliza un controlador lógico para que funcionen como una unidad.

En 1981, Fujio Masuoka, ingeniero eléctrico de Toshiba, e Hisakazu Iizuka, un compañero de trabajo, presentaron la patente estadounidense 4.531.203 para la invención del flash. Originalmente denominada EEPROM borrable simultáneamente (memoria de solo lectura programable borrable eléctricamente), se denominó "flash" porque podía borrarse y reprogramarse instantáneamente, tan rápido como el flash de una cámara.

En el pasado, los chips de memoria borrables (EPROM típicos) requerían alrededor de 20 minutos para ser reutilizados con un rayo de luz ultravioleta, lo que requería un costoso empaque transparente a la luz. Había EPROM borrables eléctricamente más baratas, pero su arquitectura era más pesada y menos eficiente, y requería dos transistores para contener cada bit de información. La memoria flash ha resuelto estas limitaciones.

Durante la última década más o menos, la memoria flash ha superado rápidamente al almacenamiento magnético. En dispositivos que van desde supercomputadoras o laptops hasta teléfonos celulares y iPads, los discos duros están siendo reemplazados por SSD (unidades de estado sólido) basadas en flash que son pequeñas, rápidas y compactas. La transición de PC y dispositivos fijos a dispositivos portátiles (tabletas y teléfonos inteligentes) y teléfonos celulares (que requieren unidades de memoria súper compactas, de alta densidad e increíblemente estables que puedan soportar las tensiones y esfuerzos de los traslados) ha contribuido a esta tendencia.

Estas tendencias actualmente favorecen la tecnología 3D flash ("apilada"), que Samsung desarrolló a principios de la década de 2000 y presentó oficialmente en 2013. Se pueden desarrollar múltiples niveles de celdas de memoria en una sola oblea de silicio para mejorar la capacidad de almacenamiento. En lugar de puertas flotantes (que se explicarán en secciones posteriores), el flash 3D emplea un mecanismo conocido como trampa de carga. Proporciona capacidades de memoria en el rango de terabits dentro del mismo tamaño de huella.

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Los tipos más notables de memoria flash incluyen:

Tipos de memoria flash

El almacenamiento flash tradicional, tal como lo utilizan los consumidores, es similar a las unidades de disco duro (HDD) y las unidades de estado sólido (SSD) en su aplicación. Ayuda a almacenar datos en un chip aislado portátil con conectores para encajar en un puerto USB. El principal beneficio de un dispositivo de almacenamiento flash convencional es su capacidad escalable y rentable, así como su almacenamiento confiable. Sin embargo, esta técnica de almacenamiento es vulnerable a fallas como el robo físico.

El almacenamiento flash principal está diseñado para brindar velocidad y una latencia mínima. Es responsable del procesamiento de entrada/salida en la primera línea. El almacenamiento flash primario es ideal para aplicaciones empresariales urgentes y datos estructurados. Sobresale en la recepción y el envío de fragmentos de datos con tamaños predecibles y lo logra rápidamente.

El almacenamiento flash para big data es donde ocurren las principales operaciones de análisis de datos. Big data requiere la velocidad y la capacidad que ofrece el almacenamiento flash, pero la latencia no es tan importante. Por lo general, el almacenamiento flash para big data se usa para análisis procesados ​​por lotes que involucran enormes conjuntos de datos de varios tamaños. Es un tipo de almacenamiento flash de alta densidad.

Este tipo de dispositivo de almacenamiento, también llamado almacenamiento en caché, proporciona las tasas de acceso más rápidas al costo de la capacidad. La popularidad del servidor flash ha aumentado en los últimos años porque aumenta las actividades/operaciones de entrada/salida por segundo (IOPS). También mejora la memoria flash mientras funciona junto con el programa host. Esto permite que un equipo de TI acelere el almacenamiento y minimice la latencia de manera más efectiva que con otros tipos de memoria flash.

Una solución de almacenamiento en caché inteligente es una forma de definir un arreglo híbrido. Permite la accesibilidad en submilisegundos a sus datos almacenados mientras usa la capacidad de almacenamiento de su HHD. Una matriz híbrida requiere una mayor carga de trabajo.

El almacenamiento flash a nivel de rack es una forma especializada de almacenamiento. Este tipo es simplemente un subconjunto de grandes datos flash, pero su uso principal es el procesamiento de análisis de datos en tiempo real. Para ofrecer el tiempo de respuesta más breve posible, el almacenamiento flash a escala de rack exige una latencia muy baja.

Una unidad flash de disco de estado sólido (SSD) utiliza memoria flash para almacenar datos. Un SSD ofrece ventajas sobre una unidad de disco duro (HDD). El retraso intrínseco de los discos duros se debe a los componentes mecánicos. Un sistema de estado sólido no posee componentes móviles y, en consecuencia, una latencia mínima, lo que requiere menos SSD. Dado que la mayoría de los SSD actuales se basan en memoria flash, el almacenamiento flash está asociado con dispositivos de estado sólido.

Los arreglos all-flash almacenan información exclusivamente en la memoria flash. Estos diseños contemporáneos están destinados a mejorar el rendimiento sin las limitaciones impuestas por las funcionalidades históricas de la red de área de almacenamiento (SAN) SSD. Tienen muy baja latencia y alta disponibilidad. Son adecuados para configuraciones multinube y estándares de almacenamiento como memoria no volátil express (NVMe).

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El funcionamiento de la memoria flash se basa en el concepto de transistores. Un transistor es un tipo de semiconductor utilizado para mejorar o cambiar la potencia y las señales eléctricas. En el almacenamiento de la computadora, el transistor funciona como un botón o interruptor que permite que el circuito del chip de memoria cambie de estado.

El hecho de que los transistores convencionales sean interruptores eléctricos accionados por electricidad ha sido tanto su ventaja como su desventaja. Es ventajoso porque permite que una computadora almacene datos mediante la transmisión de patrones eléctricos a través de sus circuitos de memoria. Sin embargo, tan pronto como se apaga la alimentación, todos los transistores vuelven a sus estados originales, lo que hace que la computadora pierda todos los datos que ha guardado. Esto también explica el funcionamiento de la memoria de acceso aleatorio (RAM).

Otro tipo de memoria, conocida como memoria de sólo lectura (ROM), no se ve afectada por este problema. Cuando se crean chips ROM, se programan previamente con datos para que no "pierdan" lo que aprendieron cuando se encienden o apagan. Además, los datos que almacenan son permanentes.

La memoria flash comparte sus características clave tanto con la ROM como con la RAM. Al igual que la ROM, retiene información incluso cuando no hay energía; como la RAM, puede borrarse y sobrescribirse repetidamente. Para hacer esto, flash utiliza un tipo de transistor completamente nuevo que permanece encendido (o apagado) independientemente de si la alimentación está apagada o encendida. Así es como funciona:

Los dispositivos de memoria flash asignan datos utilizando dos tecnologías lógicas distintas: no-o (NOR) y no-y (NAND). Puede recuperar cantidades infinitesimalmente pequeñas de datos, como un solo byte. NOR sirve para almacenar los sistemas operativos de los teléfonos móviles, los controladores de dispositivos, así como el software BIOS que se ejecuta durante el inicio de la computadora.

El almacenamiento NAND maneja datos en páginas compactas leídas y escritas secuencialmente a alta velocidad. Este flash se utiliza en dispositivos de memoria flash USB y de estado sólido, cámaras, videos, reproductores de audio y decodificadores para televisores. El almacenamiento NAND lee más rápido que escribe, lo que permite la transmisión rápida de páginas enteras de datos. La tecnología NAND es menos costosa que el almacenamiento NOR y proporciona más almacenamiento para un tamaño de chip comparable.

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El mayor beneficio de la memoria flash es su velocidad y portabilidad. Sus inconvenientes incluyen un componente de mayor costo que otros tipos de almacenamiento, capacidad limitada por el mismo precio y erosión de datos con el tiempo si se deja desconectado de una fuente de alimentación durante demasiado tiempo. Analicemos estos beneficios y desafíos en detalle.

La memoria flash es:

Al utilizar la tecnología flash, también es importante recordar sus inconvenientes. Es:

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Flash es una de las tecnologías más extendidas de nuestro tiempo. Desde dispositivos de almacenamiento de consumo hasta centros de datos all-flash, ha revolucionado la forma en que se almacenan los datos. La memoria flash puede acelerar los procesos de análisis de datos al reducir la dependencia del almacenamiento magnético que conformarían los servidores, centros de datos y almacenes de datos tradicionales. De hecho, en enero de 2023, Micron lanzó un nuevo SSD basado en flash para centros de datos, que promete un 77 % más de IOPS. Además, el SSD tiene una capacidad de 30 TB, ¡lo cual es una hazaña excepcional para la memoria flash!

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