Memorias que consumen 100 veces menos energía

Todos aquellos tecnófilos que han estado soñando con dispositivos móviles que sean capaces de funcionar con baterías más delgadas, livianas y eficientes, pronto encontrarán que su deseo ha sido concedido. Ingenieros de la Universidad de Illinois han desarrollado una memoria digital de ultra bajo consumo, que es más rápida, y que utiliza hasta 100 veces menos energía que las memorias, de tecnología Flash, disponibles en mercado de hoy. Esta tecnología podría dar una vida mucho más larga, entre cargas, a las baterías de los futuros dispositivos portátiles. Por supuesto, los nanotubos de carbono forman parte en este desarrollo. Entérate sobre su funcionamiento en este artículo.

La duración de la carga útil de las baterías es uno de los inconvenientes más padecidos por los propietarios de equipos tales como ordenadores portátiles, teléfonos móviles y reproductores de música. Ingenieros de la Universidad de Illinois, están elaborando una ayuda importante para aliviar este problema. Xiong Feng y sus colegas crearon un nuevo concepto de memoria digital que consume 100 veces menos energía que las memorias actuales. Las memorias flash utilizadas en dispositivos portátiles, que almacenan los bits de cargas eléctricas, requieren altos niveles de tensión para la programación de la información y además, son relativamente lentas en comparación con otros sistemas de almacenamiento de datos. Una de las alternativas más prometedoras, actualmente investigada, se basa materiales con cambios de fase, o PCM (phase-change materials). Este tipo de materiales poseen una fase amorfa y una fase cristalina, cada una con diferentes propiedades eléctricas y ópticas, lo que es ideal para almacenar datos de manera permanente, es decir,  que los datos no se pierdan en la ausencia de energía. Una fase de la materia representaría un 0 y la otra fase un 1.

Los Nanotubos de Carbono ofrecen una alternativa excelente para el ahorro energético (Imagen: Eric Pop, Universidad de Illinois)

A pesar de que estos cambios de fase son activados mediante energía térmica, el gasto necesario para fundir el material, con el fin de alcanzar el cambio de fase desde un cero lógico a un uno lógico y viceversa, no es importante y puede considerarse despreciable. Durante los últimos trabajos, los investigadores han descubierto una manera de reducir la energía necesaria para registrar los datos en las memorias. De este modo, el nivel alcanzado equivale a una menor energía consumida respecto a los mejores procesos empleados en la actualidad, llegando a obtener una reducción de 100 veces, en relación a las anteriores memorias de cambio fase. Este logro fue posible mediante la disminución del volumen de material utilizado en la construcción de cada bit de la memoria, reduciendo una unidad de información a unos pocos nanómetros. Los bits son los nanotubos de carbono, que pueden ser de paredes simples o múltiples, sobre los cuales se aplica una capa delgada de un material de cambio de fase conocido como GST formado por una aleación de germanio (Ge), antimonio (Sb) y telurio (Te ).  Los nanotubos actúan como electrodos cumpliendo dos funciones en forma simultánea: actúan como una resistencia, calentando el material para que el cambio de fase se produzca, y permiten la lectura de los datos almacenados en la memoria. Como los cambios de fase se producen sólo en la porción de material que se encuentra dentro de las lagunas de los nanotubos, la potencia necesaria para operar la célula de memoria se reduce drásticamente.

Los Nanotubos de Carbono reemplazarán a la tecnología Flash actual

Eric Pop, profesor en las carreras de ingeniería eléctrica e informática, es el encargado de dirigir este grupo de investigación junto a Xiong Feng y afirma, "cualquiera de nosotros, que tenemos una vida tecnológica activa, debemos atender una gran cantidad de cargadores todas las noches y anhelamos que las baterías de nuestros equipos móviles puedan durar con energía suficiente durante semanas o meses". Los bits PCM, que ofrecen un consumo de energía ultra-bajo, se podrían utilizar en dispositivos existentes con un aumento significativo en la vida de la batería. En este momento, un teléfono inteligente utiliza alrededor de un watt de energía y un ordenador portátil requiere de más de 25 watts para funcionar. Parte de esa energía va a la pantalla, pero un porcentaje cada vez mayor está dedicado a la memoria. Pero los dispositivos de consumo masivo no serán los únicos beneficiarios. "No estamos hablando sólo de aligerar nuestros bolsillos o carteras, esto también es importante para todo lo que tiene que funcionar con una batería, como los satélites, los equipos de telecomunicaciones en lugares remotos, o cualquier aplicación científica o militar"

El grupo de trabajo encabezado por Eric Pop (Izquierda) (Foto: L. Brian Stauffer)

Además, esta nueva tecnología de memorias de baja potencia, podrían permitir el avance de investigación sobre la integración de tres dimensiones; el apilamiento de chips que ha eludido a los investigadores debido a problemas de fabricación y el calor. El equipo ha hecho y probado hasta ahora un centenar de muestras y quieren aumentar la producción para crear matrices de bits de memoria que puedan funcionar juntas. También esperan lograr una mayor densidad de datos a través de la programación inteligente de manera que cada bit PCMfísico” puede programar dos bits de datos, es decir, alcanzar la llamada Memoria Multi-bit. El equipo continuará trabajando para reducir el consumo de energía y aumentar la eficiencia energética, incluso más allá de los ahorros que ya han demostrado. "A pesar de que hemos tomado una tecnología y demostrado que puede ser mejorado por un factor de 100, todavía no hemos llegado a lo que es físicamente posible. Ni siquiera hemos probado los límites aún. Creo que podremos reducir el gasto energético, por lo menos, en otro factor de 10 ", afirmó Pop.

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