En esta tercera y última parte de este monográfico, trataré el tema de los diferentes tipos de memorias y también el chip gráfico, que junto con el procesador (tratado en el capítulo 2), son los componentes que integran un SoC y de los que más oiremos hablar (Wi-Fi y Bluetooth podrán ser tratados en otro artículo).

Memorias

Tal y como expliqué en el capítulo 1 de este monográfico, un SoC contiene varios tipos de memorias y cada una de ellas desempeña un trabajo específico. A continuación explico más detalladamente cada una de las memorias que podrás encontrar en un dispositivo móvil.

Memoria RAM

La memoria RAM (Random Access Memory – Memoria de Acceso Aleatorio) es la memoria principal del sistema, y es el espacio en donde se albergan temporalmente los programas o datos que la CPU está procesando o vaya a procesar en un momento determinado. La RAM es una memoria volátil, esto quiere decir que cuando se corta el suministro eléctrico, pierde todos los datos que tenga almacenados.

Chip de memoria RAM Hynix.

Chip de memoria RAM Hynix.

No todos los SoC de los dispositivos móviles contienen el mismo tipo de memoria RAM, y es que existen varios tipos en función de su velocidad y consumo:

DDR SDRAM

Las memorias DDR (Double Data Rate – Doble Tasa de Transferencia de Datos) son memorias síncronas y envían los datos dos veces por cada ciclo de reloj, lo que permite doblar de velocidad del bus del sistema sin necesidad de aumentar la frecuencia de reloj frente a las memorias SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory – Memoria de Acceso Aleatorio Dinámica y Sincrónica).

En años sucesivos, las memorias DDR evolucionan hasta las memorias DDR de segunda y las actuales de tercera generación (DDR2 y DDR3), que son capaces de realizar transferencias de datos por 4 y 8 canales distintos respectivamente. Esto hace que doblen el ancho de banda de sus antecesoras, aunque no siempre son el doble de rápidas, ya que para ello influyen factores como el de las latencias (tiempos de espera). Las Memorias DDR3 son las que menor consumo tienen frente a sus antecesoras.

El siguiente paso es hacia las memorias DDR de cuarta generación (DDR4), pero están es fase de producción y primero llegarán a servidores entre los años 2015 y 2016.

LPDDR

Conocidas como Mobile DDR (MDDR), las memorias LPDDR (Low Power DDR – Baja Potencia DDR) tienen pequeñas modificaciones en comparación con las DDR SDRAM. Esas modificaciones han ido encaminadas al bajo consumo de energía: pasan de una tensión de 2,5 a 1,8 voltios, se actualizan con menos frecuencia y por tanto generan menos calor. Los chips de estas memorias son más pequeños, lo que las hace ideales para dispositivos móviles. Las memorias LPDDR no son comparables con sus homónimas DDR.

Actualmente, en la mayoría de dispositivos se encuentran las memorias LPDDR de segunda generación (LPDDR2), siendo los de gama alta los que llevan memorias LPDDR de tercera generación (LPDDR3). A lo largo de 2014 saldrán los primeros dispositivos con memoria LPDDR de cuarta generación (LPDDR4).

LVDDR

Las memorias LVDDR (Low Voltage DDR – Voltaje Bajo DDR) son una revisión de las memorias DDR, trabajan a la misma velocidad pero con un consumo de energía menor. La memorias LVDDR de tercera generación (LVDDR3), pasan de 1,5 a 1,35 voltios, por lo que el ahorro energético es mínimo en comparación con sus «hermanas pequeñas». También son sensiblemente más caras.

Una vez explicada la memoria RAM en sus diferentes versiones, toca el turno de las memorias ROM y sus variantes, aunque no todas se encuentran en los dispositivos móviles, por lo que me centraré sólo en las que interesan.

Memoria ROM

Conocida como firmware, la memoria ROM (Read-Only Memory – Memoria de Sólo Lectura), es una memoria no volátil, es decir, no se borra cuando cesa el suministro de energía. Es un chip que permite almacenar la información necesaria para iniciar el dispositivo y que son programados en el momento de su fabricación. Existen varios tipos de memorias ROM:

  • ROM
  • PROM
  • EPROM
  • EEPROM
  • Memoria Flash

Lo más habitual en un SoC es encontrarse con memorias del tipo EEPROM y Flash, por lo que únicamente voy a explicar esas.

Memoria EEPROM

Son memorias no volátiles y se pueden borrar a través de corriente eléctrica (rayos ultravioleta). En las memorias EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory – Memoria Programable de Sólo Lectura Borrable Eléctricamente), es posible borrar los datos selectivamente byte a byte. Pueden ser leídas un número ilimitado de veces, pero «sólo» pueden ser borradas y reprogramadas entre 100.000 y un millón de veces.

Memoria Flash

La memoria Flash (derivada de la memoria EEPROM) permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, siempre mediante impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento muy superiores frente a la tecnología EEPROM primigenia, que sólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de programación. La memoria Flash es más densa, lo que implica que pueden producirse chips de mucha más capacidad.

Sandisk SD Card (memoria flash).

Sandisk SD Card (memoria flash).

Otro tipo de memorias de almacenamiento muy común en los dispositivos móviles son la denominadas MMC.

Memoria MMC

La tarjeta de memoria MMC (MultiMedia Card – Tarjeta Multimedia) está basada en tecnología flash – NAND, la cual está diseñada para ser colocada como soporte de memoria en pequeños dispositivos electrónicos modernos, principalmente en dispositivos móviles, los cuáles cuentan con una ranura específica para ello. Son memorias antecesoras de la memoria SD, pero son compatibles y la diferencia más significativa, es que ésta última dispone de una pestaña de seguridad que evita sobrescribir la información grabada en ella.

Este tipo de tarjeta dispone de variantes, pero las variantes de tamaño reducido se llaman MMCmobile y MMCmicro.

Memoria eMMC

El estándar eMMC (Embedded MultiMedia Card – Tarjeta Multimedia Incorporada) es un sistema de memoria no volátil incorporada, y describe una arquitectura que consiste en una solución de almacenamiento integrado con interfaz MMC, memoria flash y el controlador de la memoria flash, todo en un pequeño espacio con conexiones BGA (Ball Grid Array). Este estándar descarga de trabajo a la CPU ocupándose de la gestión del almacenamiento de forma autónoma, así la CPU podrá dedicarse a otras tareas mejorando el rendimiento general del dispositivo.

Actualmente este estándar se encuentra en su versión 5.0, la más rápida de todas.

Ya conoces los tipos de memorias más usuales en los SoC, ahora voy a pasar al último punto, el chip gráfico.

Chip Gráfico

La GPU (Graphics Processing Unit – Unidad de Procesamiento Gráfico) es un coprocesador dedicado al procesamiento de gráficos u operaciones de coma flotante, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. La GPU implementa instrucciones optimizadas para el procesamiento del vídeo y está altamente segmentada, lo que indica que posee gran cantidad de unidades funcionales. Estas unidades funcionales se pueden dividir principalmente en dos: aquéllas que procesan vértices, y aquéllas que procesan píxeles. Por tanto, se establecen el vértice y el píxel como las principales unidades que maneja la GPU.

En el caso de los dispositivos móviles, la velocidad del chip gráfico es un factor importante, así como el número de núcleos, cuanto más alta sea la velocidad de reloj (en MHz) y más núcleos tenga, más potencia tendrá, por lo que la calidad gráfica de las imágenes será mayor. Todo eso sin olvidar la importancia de las instrucciones que posea la GPU.

Siguiendo el ejemplo del capítulo 1 de este monográfico, el SoC Snapdragon 801 monta una GPU Adreno 330, y sus características principales son:

  • Velocidad mejorada: Adreno 330 proporciona un aumento de rendimiento de hasta el 50% que su antecesora (Adreno 320).
  • Soporte para FlexRender™ 2, para gráficos avanzados y cálculos de APIs, incluyendo OpenGL ES 3.0, DirectX, OpenCL y RenderScript Compute.
  • Soporte para Middleware y los motores gráficos de los más juegos populares, como Unity, Epic y Unigine.
Tecnología serie 300 de Adreno.

Tecnología serie 300 de Adreno.

Ahora ya conoces lo módulos o componentes más importantes de un SoC y la tecnología que incorporan. Sin duda es mundo de los dispositivos móviles es sorprendente, auténticos ordenadores de bolsillo con una capacidad de procesamiento espectacular.

Enlaces de interés

SoC – Arquitectura, proceso de diseño y fabricación (1)

SoC – Procesador y Juego de Instrucciones (2)

 Fuentes

Wikipedia – Memoria de Acceso Aleatorio

Centro de artilugios – LPDDR (Web caída)

Tomshardware – Low voltage DDR3

Wikipedia – Memoria ROM

Wikipedia – Memoria EEPROM

Wikipedia – Memoria Flash

Wikipedia – Memoria MMC

Wikipedia – Unidad de Procesamiento Gráfico

Qualcomm – Snapdragon 801 processors

Autoría de las imágenes

Autor: Ryan Abel – Hynix RAM

Autor: Uwe Hermann – Sandisk SD card 16MB PCB front

Autor: Qualcomm – Adreno 300 series technology

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