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DDR SD램
DDR SD램(DDR SDRAM, double data rate synchronous dynamic random access memory)은 기존의 SD램보다 데이터 전송 속도가 두 배정도 빠른 램이다. SD램과 같은 속도라도 한 번에 보내는 데이터 양이 두 배이기 때문에 클럭을 높인 것과 같은 효과를 본다. 100MHz로 작동하는 DDR SD램은 200MHz로 작동하는 SD램과 같은 셈이다.
목차
개요
DDR은 'Double Data Rate(더블데이터레이트)'의 약자이며, 'DDR SD램'이란 명령이 들어가거나 데이터가 나올 때 기준이 되는 클럭신호 1회에 데이터를 2번 전송하도록 함으로써 전송속도를 높인 차세대 고속 D램을 말한다. 신호 1회에 데이터를 한 번 보내거나 받는 기존 SD램에 비해 데이터 전송속도가 2배 이상 빠르다. DDR방식의 SD램은 기존의 SD램을 대체하는 제품으로 램버스D램과 함께 차세대 메모리 반도체로 주목받고 있다.
DDR SD램은 1997년 세계 주요 반도체 및 전자업체들의 모임인 JEDEC(국제 전자표준화기구)에서 표준규격으로 채택되기도 했다. D램시장의 주력인 SD램의 데이터 전송속도는 최대 100MHz 수준인데 비해 DDR SD램은 266MHz이다. 램버스D램은 최대 전송속도가 800MHz~1GHz로 일반 SD램에 비해 8∼10배 정도 빠르다.
DDR SD램의 경우 속도가 266MHz이지만 데이터 bit가 64bit로 처리되므로 결과적으로 램버스 D램과 비슷한 처리속도를 갖게 된다. DDR는 기존 SD램 설비를 그대로 활용할 수 있고 공개기술을 사용하는 만큼 로열티를 낼 필요가 없어 램버스 D램에 비해 저렴하다. 마이크로프로세서의 양대산맥인 인텔은 램버스D램을, AMD는 DDR SD램을 지원해 왔다. 그러나 인텔이 펜티엄4 PC에 DDR SD램을 지원함에 따라 DDR SD램의 수요가 급증하게 되었고, 이후 DDR2 SD램 출시에 이어 DDR3 SD램이 개발·공급되었다.
지난 2011년에는 SK하이닉스에서 30나노급 소비전력 1.35V 4Gb의 저전력 SD램(DDR3L·Low Power SDRAM)을 출시하였으며, 이어 삼성에서 30나노급 소비전력 1.25V의 초저전력 SD램(DDR3U·Ultra Low Power SDRAM)을 내놓는 등 국내 메모리 반도체 업계에서는 소비전력을 크게 낮춘 초저전력 메모리 경쟁이 가속화 되고 있다.
발전
DDR SDRAM(Double data rate synchronous dynamic random access memory)은 컴퓨터에 쓰이는 메모리 집적 회로 계열이다. 클럭 주파수를 높이지 않고도 SDR SDRAM에 비해 대역폭이 거의 두 배나 늘어났다.
JEDEC는 DDR SDRAM의 속도에 대한 표준을 두 가지로 지정하였다. 첫 규격은 메모리 칩에 대한 것이고, 두 번째 규격은 메모리 모듈에 대한 것이다. DDR-SDRAM이 더 나중에 나온 DDR2 SDRAM에 압도당하면서 더 오래된 버전은 DDR1-SDRAM으로 일컫게 되었다.
1998년에 개발되어 2000년에 표준화 및 출시된 기존 SDRAM의 개선판 규격. 기존 SDRAM에 비해 메모리 대역폭이 2배 늘어난 것이 주된 특징으로, 원래는 SDR SDRAM에서의 성능 향상을 위해 메모리 셀 2개를 엮어 대역폭을 2배로 늘리려고 했었는데 이는 I/O 버퍼의 속도도 2배가 되어야 한다는 말이다. 하지만 그 시절의 기술력으로는 한계가 있었고 이를 해결하기 위한 방법으로 상승 에지(Rising Edge)와 하강 에지(Falling Edge) 두 개를 모두 데이터를 전송하는 용도로 사용한 것이 이 DDR SDRAM의 기원이다. SDR SDRAM은 상승 에지에서만 데이터를 전송한다.
당시 인텔이 1999년부터 RDRAM을 밀어주고 삽질하는 바람에 2000년 11월에 AMD가 DDR SDRAM을 지원하는 AMD-760 칩셋을 내놓았으며, 2001년에 VIA도 인텔 CPU 호환용인 Apollo Pro 266 칩셋과 AMD CPU 호환용인 VIA KT266 칩셋을 내놓았다. 2002년에 들어서야 인텔도 DDR SDRAM 지원 칩셋을 뒤늦게 투입하여 현재는 PC계의 대세 메모리로 자리 잡았다.
2004년에 기존 DDR에서 업그레이드된 DDR2 SDRAM이 출시되었으며, 2007년에 DDR3 SDRAM, 2014년에 DDR4 SDRAM까지 출시되었다. DDR에서 DDR2로, DDR2에서 DDR3으로의 전환 초기에는 신 규격 메모리 가격이 비싸고 구하기도 쉽지 않아 보급 속도가 느린 편이었으며, 신형 소켓 메인보드도 한동안은 DDR/DDR2와 DDR2/DDR3을 사용하는 제품이 동시에 출시되었다. 2015년부터는 DDR4 SDRAM 가격이 빠르게 하락되면서 동년에 중저가 이하의 신형 메인보드에도 DDR4 메모리를 기본 지원되기 시작했으며, AMD도 AM4 기반 메인보드부터 DDR4를 지원하기 때문에 DDR3 메모리 시절보다 빠른 속도로 보급되고 있다. 서버/워크스테이션에는 일반 소비자용 제품보다 한 세대 정도 앞서 신규격 메모리가 적용되는 경우도 있다. DDR4는 이전의 DDR3과 구조적으로 큰 차이가 없다.
DDR2 ECC RAM 중에는 높이가 낮은 FB-DIMM이라는 규격이 있는데, 방열 면적이 작아서 그런지 발열로 악명높았다. 사용 환경에 따라 80~90도를 넘나들기도 한다. 그래서 방열판을 달거나 CPU와 일렬로 배치해 같이 냉각시키거나 슬롯을 기울여 배치하는 등 서버/워크스테이션 제조사는 RAM 냉각을 위한 노력을 기울여야 했다. 이때는 척 봐도 달랐지만 이후에는 ECC RAM도 일반적인 RAM과 모양이 비슷해진다. 그래도 외형으로 구분하는 방법은 있다. ECC Unbuffered RAM은 모듈 자체는 UDIMM이라고 하고 일반적인 RAM보다 메모리 모듈이 1개 많아 홀수개이다. ECC Registered RAM(ECC/REG RAM이라고도 함)은 모듈 자체는 RDIMM이리고 하고 메모리 모듈이 일반 RAM의 것보다 훨씬 많고 불규칙하게 배치되어 있다. 이외에 노트북용 짧은 RAM 규격은 SO-DIMM이라고 한다.
최종 소비자용 DDR 메모리는 메모리 칩셋과 칩셋을 제어하는 컨트롤러로 구성되는데, 칩셋에 대한 특허는 IBM과 인텔이, 컨트롤러는 램버스가 상당 부분 소유하고 있다. 이 중 IBM과 인텔은 제품 수량당 일정 금액을 사용료로 챙기고, 램버스는 컨트롤러 제조사와 부착업체에 매년 상당한 금액의 사용료를 정액 부과하고 있다. 다만, DDR4는 삼성전자에서 개발한 안이 JEDEC에서 표준으로 채택되어 삼성전자 입장에선 DRAM의 원천 기술에 대한 특허 사용료를 제외하곤 특허 사용료 부담이 크게 경감되었다고 한다. DRAM 원천 기술은 IBM이 아직까지도 유효하다. 이 특허는 DRAM 자체에 대한 특허라서 피해나갈 길이 없다.
2020년 7월에 DDR5 SDRAM의 표준이 정식 발표되었다.
2020년 10월에 SK하이닉스에서 세계 최초로 DDR5 SDRAM를 출시했다.
2021년 3분기에 팀그룹에서 DDR5 SDRAM 16GB를 출시할 예정이다.
DDR5는 용량과 대역폭을 향상하고 전압을 낮추고, 그 외에도 몇가지 추가적인 기능을 제공한다. DIMM 하나당 64bit의 대역폭을 쪼개서 32bit의 듀얼 채널로 구성되어있다. 램 자체는 듀얼 채널 구성이지만 예전 DDR처럼 2개를 장착해야 진짜 듀얼 채널로 작동한다. 그리고 램 다이 내에 ECC 컨트롤러를 내장하여 램 다이 내부의 데이터에 대한 무결성을 유지한다. 다만 기존과 같이 램-메모리 컨트롤러 간의 통신에 대한 ECC 제어는 별도사양이다. on-DIMM 전압 조정기가 장착되어 있어, 메인보드의 전원 부담을 덜어줄 것으로 기대된다.
핀 수는 288개로 DDR4와 같으나, 핀 배열이 완전히 바뀌어 호환성은 전혀 없다. 다만 ASUS에서 DDR4 메모리를 DDR5 슬롯에 꽂을 수 있게 하는 어댑터를 개발 중인 것으로 보인다. PCGAMER 기사 그리고 같은 클럭으로 구동을 가정해도 DDR5가 명령 최적화 등을 통해 DDR4 대비 약 1.36배 빠를 것이라는 추산이 있다.
2024년 현재까지는 DDR5 규격의 메모리는 메모리 컨트롤러-메모리 간 클럭 동기화 모드가 1:1로 되지 않고, 2:1이 최대치이다. 정확히는 DDR5 램이 지원하지 않는 게 아니라 CPU 멤컨 수율이 딸려서 지원이 안 되는 것이다. 1:1 비율일 때가 최대치의 성능을 내기에 2:1 모드로 작동하게 되면 DDR4 수준으로의 클럭 하향 손실이 어느 정도 있는 편이다. 즉 채널수에 맞게 혹은 채널수보다 적게 메모리를 장착한 게 아닌 이상 메인보드 메모리 슬롯 칩셋에 DDR5 규격의 메모리를 풀뱅시키면 클럭이 무조건 내려가버린다. 때문에 조립 컴퓨터/견적을 맞출 때는 DDR5 메모리를 2개만 장착하는 것이 낫다. 메모리 용량이 문제라면 32 GB 이상의 고용량 메모리를 장착시키면 된다. DDR4는 채널수를 넘어서 풀뱅크 시 순정램은 이상없으나 튜닝램 듀얼킷일 경우 다소 높은 확률로 오류가 뜬다. 쿼드킷을 장착해야 안정적으로 사용이 가능하다.
규격 프리 페치
전압 개발 상용화 동작속도 적용 DDR 2n 2.5 V 1998년 2000년 200 MT/s 2000년 266 MT/s 2001년 333 MT/s 2002년 400 MT/s 2003년 DDR2 (또는 PC2)
4n 1.8 V 2001년 2003년 400 MT/s 2004년 533 MT/s 2004년 667 MT/s 2005년 800 MT/s 2006년 1066 MT/s 2007년 DDR3 (또는 PC3)
8n 1.5 V 2005년 2007년 800 MT/s ? 1066 MT/s 2007년 1333 MT/s 2009년 1600 MT/s 2011년 1866 MT/s ? 2133 MT/s ? DDR3L 1.35 V 2010년 2011년 1333 MT/s 2012년 1600 MT/s 2013년 DDR3U 1.25 V ? 2010년 1333 MT/s ? DDR4 (또는 PC4)
1.2 V 2011년 2012년 1600 MT/s ? 1866 MT/s ? 2133 MT/s 2014년 2400 MT/s 2016년 2666 MT/s 2018년 2933 MT/s 2019년 3200 MT/s 2019년 DDR5 16n 1.1 V 2018년 2020년 4800 MT/s 2021년 5333 MT/s 2022년 5866 MT/s 2022년 6400 MT/s 2022년
SDRAM과 DDR SDRAM의 차이점
SDRAM과 DDR RAM은 동기식 인터페이스를 가지고 있으며, 이는 입력을 조절하기 위한 응답이 오기 전까지 클럭 신호를 기다린다는 것과 컴퓨터의 시스템 버스와 동기화 된다는 것을 의미한다. 이로써 기존의 비동기 DRAM 보다 더 다양한 동작을 수행할 수 있게 한다.
SDRAM은 일반적으로 SDR DRAM을 의미하는데, SDR은 하나의 클럭 사이클당 1 워드의 정보만 전송되기 때문에 DDR보다 느리다. DDR은 Double Rate를 의미하며, 이는 칩이 하나의 클럭 사이클당 2 워드의 정보를 읽거나 쓰는 것을 의미한다. DDR 기법은 클럭 신호의 상승 에지와 하강 에지 모두에서 정보를 읽고 기록한다.
DDR은 SDR에 비해 적은 에너지를 소모한다. 또한 더 낮은 클럭 속도로 같은 양의 정보를 전송할 수 있기 때문에, 더 빠른 전송속도를 달성할 수 있다는 것을 의미한다.
SDR SDRAM DDR SDRAM 커넥터에 168개의 핀과 2개의 노치가 있다 커넥터에 184개의 핀과 하나의 노치가 있다 1997년에 출시 2000년에 출시 DDR 보다 느리다 SDR보다 대략 2배 이상 빠르다 3.3 V로 작동 2.5V(표준), 1.8V(저전압)로 작동 속도는 66 MHz, 100 MHz, 133 MHz 속도는 200MHz, 266MHz, 333MHz, 400MHz 내부 속도 범위는 100Mhz-166Mhz 내부 속도 범위는 133Mhz – 200Mhz 데이터 전송 속도는 0.8-1.3 GB/s 데이터 전송 속도는 2.1-3.2 GB/s 프리페치(Prefetch) 타이밍은 1ns 프리페치(Prefetch) 타이밍은 2ns 이전 명령이 완료될 때까지 다른 읽기/쓰기 작업을 수행할 때까지 대기
이전 명령의 완료를 기다리지 않고 다른 읽기/쓰기 작업을 수행할 수 있다
DDR2 SDRAM
DDR2 SDRAM의 주요 이점은 외부 데이터 버스를 DDR SDRAM의 두 배 빠른 속도로 작동 할수 있다는 것이다. 이는 향상된 버스 신호에 의해 이루어진다. DDR2의 프리페치 버퍼는 DDR SDRAM의 두 배인 4비트이다. DDR2 메모리는 내부 클럭 속도(133 ~ 200MHz)가 DDR과 같지만, DDR2의 전송 속도는 향상된 I/O 버스 신호로 인해 533~800 MT/s까지 도달할 수 있다. DDR2 533 및 DDR2 800 메모리 타입이 출시되어 있다
DDR3 SDRAM
DDR3 메모리는 현재의 DDR2 모듈에 비해 40 %의 전력 소비를 줄여, 1.5V, DDR2의 1.8V 또는 DDR의 2.5V에 대비하여 보다 낮은 작동 전류 및 전압에서 작동한다. DDR3의 전송 속도는 800 ~ 1600 MT/s 이다. DDR3의 프리페치 버퍼는 8 비트이고 DDR2는 4비트, DDR은 2비트이다.
DDR3에는 ASR(Automatic Self-Refresh) 및 SRT(Self-Refresh Temperature)와 같은 두 가지 기능이 추가되었다. 이러한 기능들은 온도 변화에 따라 메모리가 리프레시율을 제어할 수 있게 한다.
DDR4 SDRAM
DDR4 SDRAM은 낮은 작동 전압 (1.2V)과 높은 전송 속도를 제공한다. DDR4의 전송 속도는 2133 ~ 3200 MT/s이다. DDR4는 4개의 새로운 뱅크 그룹을 가지고 있으며, 각각의 뱅크 그룹은 단독으로 데이터를 제어될 수 있다. 따라서 DDR4는 하나의 클럭 주기 내에서 4개의 데이터를 처리 할 수 있으므로, 효율이 DDR3보다 월등히 좋아진다. 또한 DDR4는 DBI(Data Bus Inversion), CRC (Cyclic Redundancy Check) 및 CA parity와 같은 일부 기능을 추가되었고, 이러한 기능들은 DDR4 메모리의 무결성을 향상시키고, 데이터 전송 및 액세스 안정성을 향상시킨다.
Variant Clock Frequency Transfer rate(in MB) DDR-200 100 to 200 MHz 1600 MB/s DDR-266 133 to 266 MHz 2100 MB/s DDR-333 166 to 333 MHz 2700 MB/s DDR-400 200 to 400 MHz 3200 MB/s
차세대 DDR5 SDRAM
DDR5 SDRAM은 DDR4 보다 낮은 작동 전압 (1.1V)과 높은 전송 속도를 제공한다. DDR5의 전송 속도는 4800 ~ 5600 MT/s으로 예상된다. DDR5는 4개의 새로운 뱅크 그룹을 가지고 있는DDR4에 비해, 2배 더 커진 8개의 뱅크 그룹을 가지게 될 것이다. 따라서 DDR5는 하나의 클럭 주기 내에서 8개의 데이터를 처리 할 수 있다. 또한 DDR5의 프리페치 버퍼는 16 비트가 될 것으로 보인다.
또한 DDR5는 DDR4에는 없던 오류 정정 회로(ECC, Error Correction Code)를 내장하고 있으며, 모듈 레벨에선 DDR4보다 1개 더 많은 2개의 외부 ECC를 채택되었다. 이에 DDR5는 80bit 인터페이스(8bit×8 + 8bit×2)를 위해 8개의 칩과 2개의 컨트롤러로 실행되어 보안성과 안정성이 대폭 강화되었다.
향후 DDR5는 LPDDR5, GDDR6와 함께 메모리 기술의 변화를 이끌 전망이다. PC/서버 애플리케이션에는 DDR5가, 모바일 애플리케이션에는 LPDDR5가, 그래픽 애플리케이션에는 GDDR6가 올해부터 도입되며 2021년부터 관련 시장이 본격화될 전망이다.
DDR5는 차세대 D램 규격으로 빅데이터, AI, 머신러닝 등에 최적화된 초고속, 고용량 제품이다. 시장조사기관 옴디아에 따르면 DDR5 수요는 2021년부터 본격적으로 발생하기 시작해 2022년에는 전체 D램 시장의 10%, 2024년에는 43%로 지속 확대될 것으로 예상된다.
참고자료
- 〈DDR SD램〉, 《시사상식사전》
- "DDR SDRAM", 《한경 경제용어사전》
- "RAM", 《나무위키》
- "DDR SDRAM", 《위키백과》
- 윌리, 〈SDR, DDR SDRAM 메모리 비교 (DDR1, DDR2, DDR3, DDR4, 차세대 DDR5)〉, 《네이버 블로그》 , 2021-03-02
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