O crescimento da tecnologia nos últimos anos tem realçado a necessidade de memórias que satisfaçam os requisitos da informática actual. Alguns dos modelos actualmente utilizados para isto são a Memória Estática de Acesso Aleatório (SRAM), Memória Dinâmica de Acesso Aleatório (DRAM), Memória Programável de Leitura Electronicamente Apagável (EEPROM) e memória flash.
No entanto, cada uma destas tecnologias tem barreiras em diferentes áreas, de modo que não estão à altura do estado da arte da computação. É aqui que entra a Memória Magnetoresistiva de Acesso Aleatório (MRAM), uma solução inovadora com baixa latência, baixa potência, resistência intemporal, volatilidade zero e escalabilidade.
Comparação entre os diferentes tipos de memória
A coisa revolucionária sobre a memória MRAM reside na forma como armazena dados. Deixa para trás a ideia de utilizar cargas de corrente ou fluxos eléctricos para implementar elementos de armazenamento magnético. São constituídos por um par de discos ferromagnéticos espaçados por uma camada isolante. Os dados são interpretados como um dos discos é colocado sobre um íman numa posição fixa, enquanto o segundo disco se move para corresponder ao campo magnético do primeiro disco, passando de positivo para negativo. A interpretação é possível porque a lógica dos números binários é seguida.
Isto significa que os dados já não são apenas armazenados em chips de memória, mas também podem ser processados neles através de redes de memória. Desta forma, já não são necessários diferentes processadores para levar a cabo este procedimento. Com este modelo, grandes quantidades de dados armazenados na rede de memória podem ser processados sem ter de ser movidos. É por isso que a memória MRAM poderia ser utilizada para uma vasta gama de aplicações, desde a computação do sistema até ao armazenamento.
O fabrico de DRAMs não é a fase complicada, de facto, têm estado em produção nos últimos dois anos. A sua dificuldade técnica reside na sua implementação e funcionamento, uma vez que a arquitectura computacional padrão actual se baseia na soma actual. A baixa resistência que caracteriza a memória MRAM significa que o consumo de energia não pode ser reduzido quando utilizada em dispositivos informáticos padrão.
A MRAM é ainda considerada uma tecnologia emergente e levará tempo a identificar o seu verdadeiro potencial e impacto no mercado. Neste momento já é considerado útil em áreas que precisam de abordar questões de tecnologia de memória, aumentando a durabilidade e o desempenho, incluindo o aeroespacial, automóvel, defesa, robótica, saúde, IoT, computação de ponta, gestão e automação de energia, inteligência artificial e aprendizagem de máquinas.
Globalmente, há um grande interesse na implementação da MRAM, com empresas em fase de arranque e empresas que já a produzem, enquanto outras estão empenhadas na investigação e no investimento para mais e melhores avanços.
A Samsung está à frente do resto do mundo tecnológico
Em 13 de Janeiro de 2022, a Samsung Electronics emitiu um comunicado de imprensa anunciando a demonstração da primeira computação global baseada em memória MRAM. A empresa tem pesquisado e fundido com sucesso memória MRAM com dispositivos semicondutores para chips avançados de inteligência artificial. Para resolver o problema da baixa resistência, a Samsung optou por substituir a arquitectura tradicional de computação de soma corrente por uma arquitectura de soma de resistência, resolvendo o problema da baixa resistência na memória MRAM.
De acordo com dados fornecidos pela equipa de investigação da multinacional coreana, a memória foi testada com sucesso através da avaliação do seu desempenho em computação de inteligência artificial, conseguindo 98 por cento de precisão na classificação de dígitos digitados manualmente e 93 por cento de precisão na detecção de rostos em diferentes cenas.
O grupo de investigação da Samsung também sugeriu a possibilidade de implementar memória MRAM para a descarga de redes neurais biológicas, pelo que a sua utilização poderia ser ainda mais abrangente do que inicialmente assumido na área da computação in-memory. O que já é evidente é que este avanço representa um marco no desenvolvimento de chips de inteligência artificial de baixa potência.
Startups com projecção no desenvolvimento de soluções MRAM
Várias start-ups globais estão a oferecer soluções no desenvolvimento da memória ou arquitectura MRAM para a sua implementação, sendo algumas das mais proeminentes as seguintes:
Numem. A US startup desenvolveu soluções de memória MRAM de baixa potência. A sua solução NuRAM & SmartMem Smart Compute Memory IP Cores fornece 20 vezes menos corrente de fuga do que a memória SRAM padrão, ocupando 2-3 vezes menos espaço. Além disso, a sua memória garante um nível adicional de segurança on-chip. Devido à sua elevada resistência à radiação, a solução tecnológica está localizada dentro do chip co-processador DNN endurecido por radiação DNN da NASA.
LoMaRe. A empresa britânica de arranque desenvolveu uma nova solução patenteada chamada PiezoMagnetic RAM (PMRAM). A tecnologia é uma plataforma versátil de dois terminais que permite até 25.000 vezes menos consumo de energia por bit em comparação com a memória tradicional e suporta o funcionamento a temperaturas superiores a 125 graus Celsius. O seu primeiro produto, ainda em desenvolvimento, será uma memória PMRAM bidimensional de baixa capacidade, construída para substituir o flash e a SRAM nas indústrias automóvel, IoT e informática. Espera-se que no futuro também possa ser utilizada como memória para computadores e dispositivos móveis.
Blueshift. Este arranque britânico está também a fazer desenvolvimentos no sector da memória MRAM. A empresa está a investigar novos módulos de memória para reduzir a diferença de desempenho entre as CPUs e a RAM. A solução proposta neste caso centra-se na arquitectura, de modo que, independentemente do tipo de memória utilizada, proporciona velocidades consideravelmente mais elevadas do que os sistemas convencionais. A sua tecnologia é capaz de acelerar a MRAM e outras células de dados de memória.
Conclusões
Em conclusão, a memória MRAM representa um avanço significativo no desenvolvimento da tecnologia de armazenamento de dados para sistemas informáticos, uma vez que oferece soluções para os problemas que a memória convencional tem. Tem maior desempenho de escrita e leitura, maior resistência, menor consumo de energia e volatilidade zero.
O problema com a MRAM não está na sua produção, pois é um marco que foi alcançado há vários anos. No entanto, o seu problema reside na sua implementação, uma vez que as características dos actuais dispositivos informáticos tornam impossível que a memória tenha um baixo consumo de energia.
A Samsung Electronics conseguiu resolver este problema há alguns dias, anunciando o desenvolvimento de uma nova solução arquitectónica que substitui os sistemas de soma actual por sistemas de soma resistente, aproveitando ao máximo a memória MRAM na área dos dispositivos avançados de inteligência artificial.
Vários start-ups estão também a trabalhar no desenvolvimento de MRAMs ou soluções arquitectónicas para a sua aplicação eficaz, incluindo Numem, LoMaRe e Blueshift.
