Explorando Avanços em Tecnologia de Armazenamento de Memória

Já alguma vez sentiu a frustração de perder horas de trabalho quando o seu computador desliga repentinamente? Ou se perguntou como o seu smartphone ou pen USB retêm fotos e vídeos preciosos sem energia constante? A resposta reside numa tecnologia notável chamada memória flash – o "chip de memória" do mundo digital que preserva os seus dados mesmo sem eletricidade.

A memória flash é um tipo de armazenamento não volátil, o que significa que retém informações sem energia. Ao contrário das unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais, a memória flash não contém peças móveis, tornando-a mais durável contra choques mecânicos, temperaturas extremas e alta pressão. Permite a reescrita e exclusão de blocos de dados a nível de byte, oferecendo flexibilidade excepcional.

No coração da memória flash está a célula de memória, baseada em transístores de porta flutuante. Estes interruptores eletrónicos microscópicos controlam o fluxo de corrente através de cada célula. Os chips de flash organizam estas células num padrão de grade, semelhante a quarteirões de cidades. As células de armazenamento são distribuídas em linhas chamadas linhas de bits, com cada ponto de interseção contendo um transístor com duas portas: uma porta de controle e uma porta flutuante.

A porta flutuante, intercalada entre a porta de controle e o chip transístor MOSFET com uma fina camada de óxido (dióxido de silício SiO2) como isolamento, detém a chave para o armazenamento de dados. Quando a corrente atinge a porta de controle, os eletrões fluem para a porta flutuante, criando uma carga positiva líquida que interrompe a corrente. A camada de óxido isola a porta flutuante, prendendo com segurança os eletrões (e dados) para armazenamento a longo prazo.

A memória flash não surgiu da noite para o dia, mas evoluiu através de décadas de inovação. Os primeiros computadores usavam chips de memória somente de leitura (ROM) para sistemas básicos de entrada/saída (BIOS), mas estes não podiam ser modificados. A transição para a memória flash para armazenamento de BIOS permitiu a reescrita sem remoção física do chip.

Em 1967, os pesquisadores da Bell Labs, Dawon Kahng e Simon Min Sze, propuseram a reutilização da porta flutuante do MOSFET para ROM reprogramável. O engenheiro da Intel, Dov Frohman, inventou a ROM programável apagável (EPROM) em 1971, com uma janela transparente para apagamento UV. Isso evoluiu para PROM eletricamente apagável (EEPROM), usando sinais elétricos para apagamento.

A descoberta veio na década de 1980, quando o Dr. Fujio Masuoka, da Toshiba, desenvolveu a memória flash moderna. A tecnologia ganhou o seu nome quando os colegas notaram como os dados semicondutores podiam ser apagados "num piscar de olhos" – como um flash de uma câmara.

A memória flash vem principalmente em duas arquiteturas com características distintas:

Nomeada após as suas portas lógicas "NOT AND", a flash NAND apresenta células dispostas verticalmente. A programação ocorre quando a corrente atinge a porta de controle, enviando eletrões para a porta flutuante. A camada de óxido mantém esta carga até ser apagada aplicando tensão para descarregar a porta flutuante.

A fabricação NAND envolve mais de 800 processos em aproximadamente um mês para criar wafers de 12 polegadas, posteriormente cortados em chips do tamanho de unhas, classificados por qualidade. As suas vantagens incluem:

• Sem peças móveis para maior durabilidade
• Maior capacidade a um custo menor
• Melhor resistência à vibração do que os HDDs

As limitações incluem ciclos de reescrita finitos e arquiteturas de células em evolução, desde o nível único (SLC) que armazena 1 bit por célula até designs de nível quádruplo (QLC) para atender às crescentes demandas de dados.

Baseada em portas lógicas "NOT OR", a flash NOR conecta horizontalmente as células em paralelo às linhas de bits, permitindo o acesso individual. Esta arquitetura oferece:

• Velocidades de leitura mais rápidas
• Maior resistência à reescrita
• Capacidade de acesso aleatório

Essas características tornam a NOR ideal para sistemas de tráfego, automação industrial e dispositivos que combinam armazenamento com execução de código. No entanto, tamanhos de células maiores resultam em velocidades de escrita/apagamento mais lentas em comparação com a NAND.

Nenhuma tecnologia corresponde à velocidade da memória cache ou DRAM (que é 100x mais rápida, mas volátil). O desempenho depende da aplicação – a NOR se destaca em leituras rápidas, enquanto a NAND supera em tarefas de gerenciamento de dados.

A memória flash tornou-se onipresente, alimentando tudo, de smartphones a servidores. Compreender as características NAND e NOR ajuda a selecionar o armazenamento ideal:

• Escolha NAND para armazenamento de alta capacidade e econômico em dispositivos de consumo e aplicações de dados em massa
• Opte por NOR ao exigir leituras rápidas, alta confiabilidade e execução de código em sistemas embarcados

À medida que as demandas de dados crescem, a tecnologia flash continua a evoluir, garantindo que as nossas memórias digitais persistam mesmo quando a energia não.