1. Qué pasa cuando una tarjeta SD, una memoria USB o una SSD deja de funcionar
Dentro de las tarjetas SD, las memorias USB y las SSD hay una cantidad innumerable de pequeñas «habitaciones» capaces de retener electrones. Al conjunto de estas habitaciones se le llama memoria flash tipo NAND [1]. Cuanto más pequeñas son estas habitaciones, más de ellas caben en la misma tarjeta. Esto es lo que permite almacenar decenas de miles de fotos familiares en un dispositivo tan diminuto.
Sin embargo, estas habitaciones pueden dañarse. A veces, al conectar la tarjeta, esta no responde o la pantalla muestra el mensaje «Formatee el disco». Para entender esto, primero veremos cómo se encogen estas celdas y luego analizaremos las formas en que se rompen y qué pasa con los datos que creíamos perdidos.
2. Cómo guarda datos la memoria flash: celdas que atrapan electrones tras una pared aislante
Cada habitación de la memoria flash está rodeada por una pared de material aislante. Al meter o sacar «electrones», que son partículas muy pequeñas, de la habitación rodeada por esta pared, se representa un «0» o un «1» [1]. Como los electrones permanecen dentro de la habitación incluso cuando se corta la corriente, los datos no se borran.
Este sistema fue inventado por el ingeniero de Toshiba, Masuoka Fujio. En 1980 inventó una memoria que se podía reescribir con electricidad. El tipo NOR, que simplificó los circuitos de lectura, se presentó en 1984, y el tipo NAND, diseñado para fabricarse en masa y a menor costo, se presentó en 1987 en una conferencia internacional de dispositivos electrónicos [1].
Con el tiempo, la cantidad de información que cabe en una sola habitación aumentó. Al principio solo guardaba 1 bit (un 0 o un 1). En 1998, NEC demostró un chip de 2 bits; en 2009, Toshiba y SanDisk anunciaron chips de 4 bits; y en 2010, Samsung comenzó la producción masiva de un sistema de 3 bits [1]. Pero hay un inconveniente: cuantos más bits se apilan, más etapas de carga eléctrica hay que distinguir dentro de la habitación. Esto hace que sea más fácil cometer errores de lectura ante pequeñas variaciones y reduce la cantidad de veces que se puede reescribir el dato [1].
3. Por qué las paredes de las celdas se vuelven más finas al reducir su tamaño
Reducir el tamaño de las habitaciones permite colocar más en el mismo espacio. Pero si se hacen demasiado pequeñas, surgen problemas. Las paredes entre una habitación y la siguiente se vuelven tan finas que los electrones que queremos retener pueden filtrarse hacia la habitación vecina [3].
Kioxia (la empresa que fue la división de memoria flash de Toshiba) explica que reducir el tamaño en un plano se volvió difícil cuando cada habitación medía aproximadamente 16 nanómetros (una fracción muy pequeña de un milímetro). Las paredes se volvieron tan delgadas que ya no podían retener los electrones de forma estable [2][3]. Además, las paredes sufren un desgaste: cada vez que se meten o sacan electrones, se aplica un voltaje fuerte que rompe poco a poco los enlaces dentro de la pared, debilitando su capacidad de aislamiento [1]. Cuanto más intentamos controlar finamente el flujo de electrones en habitaciones pequeñas, más afectadas se ven por este desgaste.
4. Cómo apilar las celdas en capas permitió guardar más datos sin hacerlas más pequeñas
Dado que ya no era fácil reducir el tamaño en un plano, los ingenieros buscaron otra solución: en lugar de colocar las celdas lado a lado, las apilan en muchas capas verticales. A esto se le llama «NAND 3D». Toshiba presentó esta idea en 2007 [2].
Samsung fue quien la hizo práctica, produciendo en masa en 2013 una memoria de 24 capas llamada V-NAND [2]. Kioxia aumentó las capas a 48 en 2015, 96 en 2018, 112 en 2020 y 162 en 2022. En marzo de 2023, lograron apilar más de 200 capas [3]. El método consiste en apilar muchas capas de electrodos y aislantes en forma de placas, y luego perforar agujeros verticales para pasar las membranas que almacenan carga. Es similar a construir un edificio más alto para que vivan más personas. Sin embargo, cuanto más alto se apila, más difícil es perforar los agujeros verticales de manera recta y uniforme. Aunque cambiamos la estrategia de «hacerlo más pequeño» a «apilarlo», seguimos enfrentando nuevos desafíos técnicos.
5. Por qué las celdas se desgastan con el uso y pierden los datos con el tiempo
Cada vez que se meten o sacan electrones, las paredes sufren un desgaste. Es como un clip de metal que se dobla muchas veces: eventualmente se rompe. De la misma manera, las habitaciones usadas muchas veces dejan de poder escribir nuevos datos [4].
Por ejemplo, una SSD de Samsung de 1 TB lanzada en 2018 indica una vida útil de «600 TBW» (resiste la escritura de 600 terabytes en total). Si dividimos esto por la capacidad de 1 TB, significa que el disco entero se puede reescribir aproximadamente 600 veces [5]. Pero incluso si no se usan todas las escrituras, los electrones se filtran lentamente a través de las paredes, lo que puede hacer que los datos ya no se puedan leer. Según las normas de la industria (JEDEC), si una SSD al final de su vida útil se deja sin energía en un lugar de alta temperatura, los datos pueden empezar a perderse en 3 meses para uso empresarial o en 1 año para uso doméstico [5]. Los expertos en preservación digital también señalan que la memoria flash puede empezar a perder datos un año después de su último uso, dependiendo de la temperatura [6]. Si se guarda a temperatura ambiente y tiene buena vida útil, durará más, pero no es garantía de que dure décadas.
6. Qué hace el controlador de las tarjetas SD y USB y por qué también puede fallar
Además de las habitaciones que guardan electrones, las tarjetas SD y USB tienen un pequeño semiconductor llamado «controlador». Este componente decide en qué celda escribir y cómo evitar las celdas dañadas. Se cree que muchas fallas donde la computadora deja de reconocer el dispositivo no se deben a las celdas, sino a defectos del controlador o variaciones en su fabricación [4].
El conector de la memoria USB también tiene una vida útil. Las especificaciones indican que el contacto puede empeorar tras unas 1,500 inserciones y extracciones [4]. Si el puerto se rompe, no se pueden leer los datos aunque estén intactos dentro. Por lo tanto, cuando un medio de almacenamiento «se rompe», pueden estar mezclándose tres causas: (1) las celdas agotan su vida útil, (2) el controlador falla y no puede dirigir la lectura/escritura, o (3) las partes físicas como el conector se dañan. Según la causa, las opciones para recuperar los datos cambiarán.
7. Qué diferencia hay entre borrar un archivo y perderlo en una memoria flash
En los discos duros tradicionales, al «borrar» un archivo, los datos suelen permanecer en el disco. La computadora solo borra la señal que indica «aquí hay un archivo». Hasta que se sobrescriba con datos nuevos, a veces se pueden recuperar con software especializado [7]. Pero en las SSD y memorias USB la situación es diferente. Existe un mecanismo llamado «TRIM» que avisa a la unidad que un espacio ya no se usa, y la unidad lo borra en segundo plano para prepararlo para nuevas escrituras. Esto puede ocurrir en minutos. Si se intenta leer el contenido justo después de borrarlo, todavía puede ser posible; después de un tiempo, quizá el software ya no pueda recuperarlo [5]. Además, el «desgaste nivelado» (wear leveling) dificulta saber dónde quedaron los datos antiguos [8]. Lo que suele sobrevivir en un disco duro, desaparece rápido en una SSD.
Si el problema es una falla del controlador y no de las celdas, la historia cambia. A veces los chips de flash están intactos. Los especialistas pueden retirar el chip de la placa base (método llamado «chip-off») y conectarlo directamente a un lector para extraer los datos [9]. Sin embargo, esto conlleva riesgos graves, como el «efecto palomitas de maíz», donde la humedad interna del chip se expande por el calor y rompe los componentes. Si no es un trabajo realizado por expertos con experiencia, se puede destruir el chip y perder los datos para siempre [9]. Además, muchas SSD modernas cifran los datos automáticamente. En muchos casos, la llave para descifrarlos está dentro del controlador. Si el controlador se rompe y se pierde la llave, aunque se lea el chip, solo saldrán símbolos sin sentido [10].
8. Cómo seguir investigando sobre memoria flash y preservación digital
Como vimos, la memoria flash es una herramienta donde «lo que no debería borrarse, se borra bajo ciertas condiciones». En el mundo de la preservación digital, no se confía en un solo medio para siempre. Se usa la «migración»: copiar los datos a nuevos medios o formatos periódicamente antes de que se degraden [6].
Pregúntale a tu familia si han tenido problemas con una USB o SD. Conversen sobre si copian sus fotos y videos importantes en otro lugar, como otra tarjeta o un servicio de internet. Así verán dónde se aplican las «condiciones de desaparición» en su propia vida. Los registros del número de capas en las memorias flash siguen actualizándose. Si revisas las páginas de tecnología de empresas como Kioxia dentro de unos años, verás cuánto han cambiado los números de este artículo [3].