DRAM 반도체가 무엇인가?
DRAM 반도체는 휘발성 메모리 반도체로 전원이 꺼지면 저장된 정보가 소멸하고, 정보를 일시적으로 저장하는 기능을 한다. 각 셀은 한 개의 트랜지스터와 한 개의 커패시터(capacitor) 구성되며, 정보를 캐패시터에 저장하게 된다.
저장된 정보로 접근하는 시간은 비교적 느리지만, 비용이 낮고 높은 용량을 제공하는 특징이 있어 주로 주 메모리로 사용되며, 데이터의 주 기억 장치 역할을 한다.
반면에 SRAM(Static Random Access Memory)은 DRAM 보다 더 빠른 접근 시간과 낮은 소비 전력을 가지며, 전원이 유지되는 동안 정보를 보존한다. 각 셀은 여러 개의 트랜지스터로 구성되어 정보를 저장하므로 빠른 속도와 안정성 때문에 캐시(cash) 메모리 등 고성능 요구 시스템에서 사용된다.
DRAM 반도체
DRAM 반도체의 구조와 원리
DRAM 반도체는 메모리의 한 유형으로, 1 셀(cell)의 구조는 사진과 같고 다음과 같은 원리로 동작한다.
DRAM 반도체는 각 셀이 커패시터와 트랜지스터로 구성된다. 커패시터는 전하를 저장하는데 사용되며, 트랜지스터는 데이터를 커패시터와 연결하거나 분리한다.
데이터를 저장할 때, 커패시터는 전하를 충전하거나 방전하여 0 또는 1의 비트를 표현하고 트랜지스터는 이 정보를 읽고 쓰는 데 사용된다.
DRAM 반도체는 저장된 데이터를 주기적으로 새로 고쳐야 하는데 이는 커패시터의 전하가 누수 되기 때문이다. 이러한 프로세스를 리프레시(refresh)라고 한다.
DRAM 반도체는 각 셀이 비교적 단순하며, 대용량 메모리를 구성하기에 적합하지만 비교적 느린 액세스 속도를 가지고 있다. 따라서 주로 주 메모리(메인 메모리)로 사용되며, 컴퓨터에서 실행 중인 프로그램 및 데이터를 저장하고 액세스하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 원리로 DRAM은 데이터를 효과적으로 저장하고 검색하는 데 사용된다.
Bit line : 메모리 셀 커패시터와 데이터를 주고 받는 역할.
Gate line : 연속된 개별 메모리 셀에 대한 액세스를 제어하는 역할.
DRAM 의 종류
DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 다양한 종류로 나뉘며, 주로 사용되는 몇 가지 종류는 다음과 같다.
SDRAM: SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)은 데이터 전송률을 두 배로 높인 DRAM으로 주로 개인용 컴퓨터 및 노트북에서 사용된다.
LPDDR (Low Power Double Data Rate): LPDDR 은 전력 소모를 줄이기 위해 설계된 낮은 전력 버전의 SDRAM이다. 주로 모바일 기기와 같은 배터리 작동 장치에서 사용됩니다.
HBM (High Bandwidth Memory): HBM은 높은 대역폭을 제공하는 메모리로, 주로 그래픽 카드 및 고성능 컴퓨팅에서 사용된다. 이것은 다수의 높은 대역폭 인터페이스로 구성되어 있어 데이터 처리량을 향상시킨다.
GDDR (Graphics Double Data Rate) SDRAM: GDDR SDRAM은 그래픽 카드에서 주로 사용되며 데이터 전송률이 높아 고해상도 그래픽 처리에 적합하다.
DDR이란?
이중 데이터 속도(double data rate)의 약어인 DDR은 SDRAM에 이은 다음 세대로서 2000년에 출시되었다. DDR은 클록 신호의 다운비트와 업비트에서, 그러니까 사이클당 2회에 걸쳐 프로세서로 데이터를 전송한다.
두 가지 비트를 모두 사용하여 데이터를 전송하기 때문에 클록 신호의 한쪽 에지만을 사용하여 데이터를 전송하는 SDR 메모리에 비해 DDR 메모리가 훨씬 속도가 빠르다.
DDR이 메모리 어레이에서 내부 입력/출력 버퍼로 2비트의 데이터를 전송하는 프로세스를 2비트 프리페치라고 부른다. DDR 전송 속도는 일반적으로 266~400MT/s 사이입니다. 이중 데이터 속도는 이중 채널 메모리와는 차이가 있음에 유념해야 한다.
시간이 지나면서, DDR 기술은 다른 부품의 개선 사항을 처리할 수 있도록 발전해 왔으며, 전반적인 컴퓨터 성능을 향상시켰다.
DDR의 세대별 특징
DDR1
DDR1은 “Double Data Rate 1″의 약자로, 컴퓨터 메모리의 한 유형이다. DDR1은 초기 DDR SDRAM(동기 동적 랜덤 액세스 메모리)의 첫 번째 세대를 나타내며, 2000년대 초반에 사용되었다.
DDR1은 2.5V 전압에서 동작하며, 데이터 속도는 200MHz 또는 266MHz로 구동된다. 이 메모리는 184 핀의 DIMM (Dual In-line Memory Module) 모듈 형태로 나타나며, 주로 데스크탑 및 노트북 컴퓨터에서 사용되었다.
DDR1의 주요 특징 중 하나는 데이터 전송률을 높이기 위해 데이터를 클럭 신호의 상승 및 하강 엣지에서 모두 전송하는 “더블 데이터 레이트” 기술을 도입한 것이다. 이것은 DDR1이 이전 SDRAM에 비해 높은 대역폭과 성능 향상을 제공했음을 의미한다.
그러나 DDR1은 현재의 표준에 비해 상대적으로 낮은 용량과 성능을 갖고 있어, 현대 시스템에서는 거의 사용되지 않는다. DDR2, DDR3, DDR4 등의 후속 세대 메모리가 더 높은 성능과 효율성을 제공하며 대부분의 컴퓨터에서 사용된다.
DDR2
DDR2는 2003년에 출시되어, 개선된 버스 신호를 이용해 DDR보다 2배 빠르게 작동한다. DDR2는 DDR과 동일한 내부 클록 속도를 사용하지만 향상된 입력/출력 버스 신호를 이용하기 때문에 전송 속도가 더 빠르다.
DDR2은 DDR의 2배인 4비트 프리페치이다. 또한 DDR2는 533MT/s~800MT/s의 데이터 속도에 도달할 수 있다. DDR2 메모리는 메모리 처리량을 더욱 증대시키는 “이중 채널 모드”로 실행될 수 있도록 쌍으로 설치할 수 있다.
DDR3
2007년에 DDR3 기술은 대역폭 2배 및 DDR2와 같은 전송 속도로 출시되었지만 전력 소비는 상당히 줄여 DDR2에 비해 대략 40% 낮추었다. 1.8V에서 1.5V까지의 이러한 감축으로 인해 작동 전류와 전압이 낮아졌는데, 이것은 배터리로 작동하는 장치에 있어서는 엄청난 희소식이었다.
DDR3의 전송 속도는 800~1,600MT/s 사이입니다. 이러한 모든 개선 사항은 대역폭과 성능의 향상 및 전력 소비 감소를 의미했기 때문에, DDR3는 훌륭한 노트북용 메모리 옵션이 되었다.
DDR4
DDR3가 출시된 지 7년이 지났을 때, DDR4가 출시되었다. DDR4는 이전 세대에 비해 작동 전압이 1.2V로 낮아졌고 전송 속도는 높아져, 사이클당 4가지의 데이터 속도를 처리했다.
따라서 DDR4는 DDR3에 비해 전력 소비도 적고 속도는 더 빠르며 보다 효율적이었다. 이 새로운 세대는 바람직하지 않은 16의 프리페치를 방지하기 위해 뱅크 그룹도 도입했다.
뱅크 그룹을 사용하면 각 그룹이 상호 독립적으로 8비트의 데이터를 실행할 수 있으므로, DDR4는 클록 사이클 내에서 여러 개의 데이터 요청을 처리할 수 있다.
DDR4 전송 속도는 지속적으로 증가하고 있으며 DDR4 모듈은 5,100MT/s의 속도를 낼 수 있고, 오버클로킹 시 훨씬 더 빠른 속도를 제공한다. Crucial Ballistix MAX 모듈은 2020년에 수많은 오버클로킹 세계 기록을 갱신했다.
DDR5
DDR5는 2021년에 출시되었으며 메모리 기술 중에서는 가장 최신 세대로서 아키텍처 부분에서 혁신적인 도약을 보였다. 논란의 여지는 있지만 SDRAM 이후로 확인된 메모리 기술 분야에서의 가장 큰 도약이다.
DDR5는 채널 효율성 향상 및 전력 관리 개선, 성능 최적화를 통해 차세대 멀티 코어 컴퓨팅 시스템을 구현한다. DDR5의 출시 당시 속도는 DDR4 대역폭의 거의 두 배를 지원하고 또한 더 빠른 속도로 채널 효율성을 저하하지 않고도 메모리 성능을 확장할 수 있다. 이러한 결과는 테스트 환경에서 뿐만 아니라 실제 조건에서도 나타난다.
DDR5 메모리 표준은 밀도가 더 높은 메모리 스틱이며 시스템에서 더 많은 메모리 용량에 해당한다. 비교해 보면, DDR4는 16기가비트의 메모리 칩에서 멈추었지만 DDR5는 최대 64기가비트의 메모리 칩을 제공합니다.
| DDR 1 | DDR 2 | DDR 3 | DDR 4 | DDR 5 | |
| 프리페치 | 2 bit | 4 bit | 8 bit | 16 bit | 64 but |
| 데이터 속도(MT/s) | 266~400 | 533~800 | 1066~1600 | 2135~5100 | 3200~6400 |
| 전송 속도(GB/s) | 2.1~3.2 | 4.2~6.4 | 8.5~14.9 | 17~25.6 | 38.4~51.2 |
| 전압(V) | 2.5~2.6 | 1.8 | 1.35~1.5 | 1.2 | 1.2 |
DRAM 모듈 제품에서 라벨 정보 보는 법
DRAM 제품 모듈의 라벨은 해당 제품의 성능, 호환성 및 사용 용도를 나타내는 중요한 정보를 제공한다. 꼭 알아야 하는 항목의 정보는 다음과 같다.
“16G” 은 메모리 모듈의 용량을 나타낸다. “16G”는 16 기가바이트(Gigabytes) 용량을 의미한다.
“2Rx8” 은 메모리 모듈의 구성을 나타넨다. “2Rx8″은 랭크(행, Rank)와 로우(열, Row)의 구성을 나타낸다. “2R”은 랭크가 2개 있음을 의미하고, “8”은 각 랭크가 8개의 메모리 칩으로 구성되어 있음을 나타낸다.
“PC4-3200T” 은 메모리 모듈의 성능과 규격을 나타낸다. “PC4″는 DDR4 메모리를 나타내며, “3200”은 데이터의 초당 전송 속도를 나타낸다. “T”는 메모리의 저전력 속성(Low Voltage)을 나타낸다.
이 DRAM의 전송 총량은 한번 전송할 때 8비트를 보내고 초 당 전송 속도(클럭 속도)가 3200 메가이므로 3200MT/s(초) x 8MB/MT = 25600MB/s 에 의하여 초 당 25600메가바이트의 대역폭(총 전송용량)을 가진다.
따라서, “16G 2R*8 PC4-3200T” 메모리 모듈은 16 기가바이트 용량을 가지며, 2개의 랭크가 각각 8개의 메모리 칩으로 구성되어 있으며, DDR4 기반의 메모리로 데이터 전송 속도는 3200 메가트랜잭션/초를 지원하며, 저전력 속성을 가지고 있습니다.
클럭 속도는 RAM이 1초에 몇 번이나 읽기/쓰기 주기를 수행하는지를 나타내므로 DDR4-3200은 3200MHz 클럭 속도로 1초에 32억 번의 읽기/쓰기 주기를 수행한다. 따라서 일반적으로 클럭 속도가 높으면 좋다.
글을 마치며…
지금까지 DRAM에 관하여 일반적인 개념을 알아보았다. DRAM은 개인용 컴퓨터나 여러 가지 IT 기기에서 많이 쓰이는 부품 중의 하나로 보통 주 기억 장치로 사용이 된다. 컴퓨터를 구입할 때 어떤 DRAM을 사야 할지 고민이 많은 사람들에게 조금이라도 도움이 되기를 바라는 마음으로 이 글을 쓴다.
무조건 용량이 크고 속도가 빠른 DRAM이 좋지만 사용하고자 하는 목적에 맞는 DRAM을 구입하는 것이 합리적인 구매일 것이다.
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