¿Qué es Almacenamiento no volátil o NVS?

El almacenamiento no volátil (NVS) es una amplia colección de tecnologías y dispositivos que no requieren una fuente de alimentación continua para retener los datos o el código del programa de forma persistente a corto o largo plazo.

Tres ejemplos comunes de dispositivos NVS que almacenan datos de manera persistente son la cinta, una unidad de disco duro (HDD) y una unidad de estado sólido (SSD). El término almacenamiento no volátil también se aplica a los chips semiconductores que almacenan los datos o el código de programa del controlador dentro de dispositivos tales como SSD, HDD, unidades de cinta y módulos de memoria.

Muchos tipos de chips de memoria no volátiles están en uso hoy en día. Por ejemplo, los chips de memoria flash NAND suelen almacenar datos en SSD en sistemas empresariales y personales, memorias USB y tarjetas de memoria en dispositivos de consumo, como teléfonos móviles y cámaras digitales. Los chips de memoria flash NOR generalmente almacenan el código del controlador en unidades de almacenamiento y dispositivos electrónicos personales.

Las tecnologías y dispositivos de almacenamiento no volátiles varían ampliamente en la forma y la velocidad con la que transfieren datos y recuperan datos o códigos de programa de un chip o dispositivo. Otros factores diferenciadores que tienen un impacto significativo en el tipo de almacenamiento no volátil elegidos por el fabricante del sistema o el usuario incluyen el costo, la capacidad, la resistencia y la latencia.

Por ejemplo, un SSD equipado con chips de memoria flash NAND puede programar, o escribir, y leer datos más rápido y con menor latencia a través de mecanismos eléctricos que una unidad de disco duro o de cinta con dirección mecánica que usa una cabeza para escribir y leer datos en medios de almacenamiento magnéticos. Sin embargo, el precio por bit para almacenar datos en un SSD basado en flash es generalmente más alto que el costo por bit de un disco duro o una unidad de cinta, y los SSD flash pueden mantener un número limitado de ciclos de escritura antes de agotarse.

Dispositivos de almacenamiento volátiles vs. no volátiles

La diferencia clave entre los dispositivos de almacenamiento volátiles y no volátiles es si pueden o no retener datos en ausencia de una fuente de alimentación. Los dispositivos de almacenamiento volátil pierden datos cuando se interrumpe la alimentación o se apagan. Por el contrario, los dispositivos no volátiles pueden mantener los datos independientemente del estado de la fuente de alimentación.

Los tipos comunes de almacenamiento volátil incluyen memoria de acceso aleatorio estático (SRAM) y memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM). Los fabricantes pueden agregar energía de la batería a un dispositivo de memoria volátil para permitir que almacene datos o el código del controlador de manera persistente.

Los sistemas de computación para empresas y consumidores a menudo usan una combinación de tecnologías de memoria volátiles y no volátiles, y cada tipo de memoria tiene ventajas y desventajas. Por ejemplo, la SRAM es más rápida que la DRAM y está bien adaptada para el almacenamiento en caché de alta velocidad. La producción de DRAM es menos costosa y requiere menos energía que la SRAM, y los fabricantes a menudo la usan para almacenar el código de programa que una computadora necesita para operar.

En contraste, el flash NAND no volátil es más lento que SRAM y DRAM, pero es más barato de producir. Los fabricantes suelen utilizar la memoria flash NAND para almacenar datos de forma persistente en sistemas empresariales y dispositivos de consumo. Los dispositivos de almacenamiento, como los SSD basados en flash, acceden a los datos a nivel de bloque, mientras que SRAM y DRAM admiten el acceso a datos aleatorios a nivel de byte.

Al igual que NAND, la memoria flash NOR es menos costosa de producir que las SRAM y DRAM volátiles. La memoria flash NOR cuesta más que la memoria flash NAND, pero puede leer datos más rápido que NAND, por lo que es una opción común para iniciar dispositivos integrados y de consumo y almacenar el código del controlador en unidades SSD, HDD y unidades de cinta. El flash NOR generalmente no se usa para el almacenamiento de datos a largo plazo debido a su mala resistencia.

Tendencias y direcciones futuras

Los fabricantes están trabajando en tipos adicionales de almacenamiento no volátil para intentar reducir el costo por bit para almacenar datos y código de programa, mejorar el rendimiento, aumentar los niveles de resistencia y reducir el consumo de energía.

Por ejemplo, los fabricantes desarrollaron la tecnología de flash 3D NAND en respuesta a las limitaciones de escalamiento físico del flash NAND bidimensional o plano. Pueden alcanzar densidades más altas a un costo por bit más bajo al apilar verticalmente las celdas de memoria con la tecnología NAND 3D que con una sola capa de celdas de memoria con NAND plano.

La tecnología 3D XPoint emergente, desarrollada en conjunto por Intel Corp. y Micron Technology Inc., ofrece mayor rendimiento, menor latencia, mayor densidad y mayor resistencia sobre la tecnología de flash NAND más comúnmente utilizada. Intel distribuye la tecnología 3D XPoint con el nombre comercial Optane en SSD y en módulos de memoria persistentes destinados al uso del centro de datos. Los módulos de memoria persistente también se conocen como memoria de clase de almacenamiento.

El uso de la tecnología de memoria no volátil express (NVMe) en el bus PCI Express (PCIe) de una computadora junto con el almacenamiento flash y las nuevas opciones como 3D XPoint pueden acelerar aún más el rendimiento y reducir la latencia y el consumo de energía. NVMe ofrece un conjunto de comandos más simplificado para procesar solicitudes de entrada/salida (E/S) con SSDs basadas en PCIe en comparación con el conjunto de comandos de la interfaz del sistema de computadora pequeña (SCSI) con unidades de almacenamiento Serial Attached SCSI (SAS) y el conjunto de comandos del adaptador de teléfono analógico (ATA) con las unidades Serial ATA (SATA).

Las tecnologías de almacenamiento no volátiles emergentes actualmente en desarrollo o en uso limitado incluyen RAM ferroeléctrica (FRAM o FeRAM), RAM magnetoresistiva (MRAM), memoria de cambio de fase (PCM), RAM resistiva (RRAM o ReRAM) y RAM magnetoresistiva de torque de transferencia de espín (STT-MRAM o STT-RAM).