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디램
DRAM(Dynamic random access memory, 디램)이란 저장된 정보가 시간에 따라 소멸되기 때문에 주기적으로 재생시켜야 하는 특징을 가지고 있는 메모리를 뜻한다.
개요
램(RAM)의 한 종류로 저장된 데이터가 시간과 전원의 끊김에 따라 소멸된다. 정보를 구성하는 개개의 비트를 각기 분리된 축전기(Capacitor)에 저장하고, 각각의 축전기가 담고 있는 전자의 수에 따라 비트의 1과 0을 나타내지만, 축전기에서 누설전류가 발생함에 따라 기억된 정보를 잃게 된다. 이를 방지하기 위해서 기억 장치의 내용을 주기적으로 저장해야 하기 때문에 동적(Dynamic) 램이라고 부르기도 한다. 전기 공급이 끊기면 정보가 지워지는 메모리기 때문에 휘발성 메모리에 해당한다.[1] SRAM에 비해 속도가 느리고, SRAM은 비휘발성메모리임에도 불구하고, 가격이 저렴하고 구조가 단순하기 때문에 일반적으로 RAM이라고 이야기 할 때는 대부분 DRAM을 의미한다. 낮은 단가와 높은 집적도를 통해 시간이 지날수록 칩이 소형화되어, 기업의 입장에서는 DRAM을 쉽게 포기할 수 없어, 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 대부분의 전자기기에서 사용되고 있다. 하나의 DRAM을 1셀이라고도 하며, 1셀은 1개의 트랜지스터(transistor)와 1개의 축전기(capacitor)로 구성되어 있다.[2] DRAM의 성능을 높이기 위해서는 축전기의 방전 즉, 누설전류가 발생하는 것을 막아야 한다. 축전기의 특성에 따라 유전율이 높을수록, 두께가 얇을수록, 면적이 넓을수록 좋아진다. 따라서 High-k 물질을 사용하고, 3D 구조로 만들어 면적을 증가 시킨 뒤, 완성된 DRAM을 수직 방향으로 적층하여 TSV(Through via sillicon)로 DRAM의 성능을 향상시킬 수 있다.[3]
속도
DRAM의 속도는 중앙 처리 장치(CPU)의 속도에 비해 떨어진다. DRAM의 속도는 접근 시간과 대기 시간에 의해서 결정되고, 접근시간으로 표시한다. Access Time은 입출력 명령을 받은 이후 얼마나 빠른 시간 내에 작업을 수행하는지를 말한다. 대기 시간은 0에 수렴할수록 DRAM의 전송 상태가 최적화 되어있다는 것을 나타낸다. DRAM은 크게 접근 시간, 순환 시간, 재충전 시간 세 단계로 동작한다. 램의 속도가 느려 중앙 처리 장치가 한 동안 기다려야 하는 경우가 발생하는데, 이 상태를 대기상태 라고 한다. 대기상태가 없다는 것은 메모리의 동작이 최적화 되어있다는 것을 뜻하는데, 이 상태를 제로웨이트 상태라고 한다. DRAM의 속도를 향상시키기 위해서는 페이지모드 기법을 사용할 수 있다. 페이지모드 기법은 페이지모드를 사용한다는 뜻으로, DRAM에서 페이지는 자료를 전송할 때 시간 간격을 두지 않고, 자료의 행과 열을 맞추어 자료를 읽고 쓰는 구조를 말한다. 따라서 DRAM에서 페이지모드 기법이란 한 글자씩 읽는 것이 아니라, 자료의 행과 열을 맞춘 뒤 한 페이지씩 읽고 쓰는 기술을 사용한다는 것이다.[4]
동작 원리
쓰기
DRAM에서 데이터를 쓰는 방법은 다음과 같다. 먼저 워드 라인(word line)에 high 신호를 인가하여 해당 셀의 트랜지스터를 ‘ON’ 상태로 만들어준 후, 비트 라인(bit line)에 쓰려고 하는 data 전압 값인 VDD 또는 0을 인가시켜준다. 조금 더 쉽게 말하면 비트 라인에 1 또는 0 값을 인가시키는 것을 의미한다. 만약 축전기에 전하가 쌓이면 데이터는 1이고, 축전기에 전하가 쌓이지 않았다면 데이터가 0이다. 이 상태를 저장하면 데이터가 DRAM에 저장되는 것이다. 워드 라인에 게이트 역할을 하는 것이기 때문에 low 신호가 입력될 경우, 트랜지스터나 축전기에 신호가 전달될 수 없다.
읽기
DRAM에서 데이터를 읽는 방법은 쓰기 보다는 조금 더 복잡하고 어렵다. 시작은 쓰기와 마찬가지로 읽고자 하는 셀의 트랜지스터를 ‘ON’으로 만들기 위해, 워드 라인에서 high 신호를 인가시켜 준 뒤, 비트 라인에는 VDD/2를 인가시켜준다. 만약 DRAM의 데이터가 1 즉, 축전기에 VDD가 있는 상태라면 축전기에 있는 전하들이 비트 라인쪽으로 서서히 이동하면서 결국 VDD/2는 약간 증가하게 될 것이다. 이와 반대로, 축전기에 있는 데이터가 0이라면, 전하들이 축전기 쪽으로 이동하여 VDD/2는 약간 감소하게 될 것이다. 이렇게 발생한 비트 라인의 전위차를 감지 증폭기(sense amplifier)에서 비교하여 값을 증폭시키고, 해당 데이터가 0인지 1인지를 판단하여 읽어 들이게 된다.[2]‘
종류
SDRAM
RDRAM
DDR SDRAM
각주
- ↑ 〈동적 램〉, 《위키백과》
- ↑ 2.0 2.1 affix, 〈DRAM구조, 동작원리, 특징 - 메모리반도체〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-04
- ↑ 성공하는 그날까지! 성공으로 만들자, 〈DRAM 작동원리!〉, 《티스토리》, 2020-06-08
- ↑ 수리나라, 〈메모리 속도 향상방법〉, 《네이버 블로그》, 2019-03-14
참고자료
- 〈동적 램〉, 《위키백과》
- affix, 〈DRAM구조, 동작원리, 특징 - 메모리반도체〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-04
- 성공하는 그날까지! 성공으로 만들자, 〈DRAM 작동원리!〉, 《티스토리》, 2020-06-08
- 수리나라, 〈메모리 속도 향상방법〉, 《네이버 블로그》, 2019-03-14
같이 보기
