디램(DRAM) 이란 무엇일까?

 

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DRAM 이란

 DRAM이란 컴퓨터나 스마트폰에서 사용되는 저장장치 종류 중 한 가지입니다.

 

 

 Dynamic random access memory의 줄임말로, 축전기를 주기적으로 재충전하는 동적인 과정이 필요하기 때문에 dynamic이라는 용어를 사용하게 되었습니다.

 

 또한 DRAM에서 임의접근 저장장치 (random access memory)란 의미는 정보를 저장하는 위치로 바로 접근하여 정보를 읽고 쓸 수 있다는 뜻입니다.

 

 

 DRAM은 SRAM과 같이 전원공급이 되지 않으면 저장되어 있던 DATA가 사라지는 휘발성저장장치인 것이 특징입니다. 

 

 SRAM은 4개 또는 6개의 트랜지스터로 만들어진 회로에 정보를 저장하게 되는데, DRAM은 트랜지스터가 아닌 축전기 하나에 정보를 저장하고 있습니다.

 

 그렇기 때문에 DRAM은 SRAM보다 작은 크기로 만들 수 있으며 가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 주기적으로 축전기를 재충전하는 과정이 이루어져야만 합니다.

 

 

 앞에서 이야기했듯이 Dram은 정보를 저장하는 위치로 바로 접근하여 정보를 읽고 쓸 수 있는데, 이는 플래시 메모리가 정보가 저장된 물리적 위치에 따라 해당 정보에 접근하는 시간이 다른 것과 차이가 있습니다.

 

 플래시 메모리는 순서대로 읽어 나가야 하는 데 반해 DRAM은 바로 접근하기 때문에 Data를 읽는 속도가 더 빠를 수밖에 없습니다.

일반적으로 DRAM은 집적회로에 정보를 저장하는 축전기와 정보를 읽거나 쓰는 역할을 하는 트랜지스터로 이루어진 단위 기억소자 (memory cell)의 무수히 많은 배열로 만들게 되는데, 이런 형식으로 만들어진 간단한 기억소자를 사용한 최초의 DRAM은 IBM의 로버트 데나드(Robert H. Dennard)에 의해 1968년 개발되었습니다.

 

 

 처음 상업적인 성격으로 판매하기 시작한 디램은 1970년도에 시장에 나온 트랜지스터 3개를 기억소자로 쓰는 인텔 1103이었습니다.

 

 인텔 1103은 폭이 10 마이크로미터였고 그 속에 기억소자가 1024개 있어 1 kbit의 저장용량을 가지고 있었습니다.

 

 그 이후에 디램의 성능은 기하급수적으로 발전하였고 폭이 18 나노미터이고 계산 용량이 8 Gbyte인 디램이 2018년도에는 대량 생산되었으며, 2023년 현재는 폭이 14 나노미터까지도 생산하고 있습니다.

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Dram을 구성하는 기억소자

 Dram을 구성하는 기억소자는 글 초반에 말씀드렸던 것과 같이 정보를 저장하는 축전기와 정보를 읽거나 쓰는 역할을 하는 트랜지스터로 구성되어 있습니다.

 

  DRAM에서 사용하는 정보는 0과 1로 2진법으로 구성된 디지털 정보인데, 전하가 축전기에 대전되면서 축전기에 걸린 전압이 높을 경우 1이라는 상태가 되는 것이고 만약 대전 된 전하가 빠져나가 전압이 낮게 되면 그때 0이라는 상태가 되는 것입니다.

 

 트랜지스터의 WORD LINE은 스위치 역할을 하는데, 스위치가 켜져 있는 동안 BIT LINE은 축전기와 정보를 교환하게 됩니다.

 

 

 다시 말해 WORD LINE에 높은 전압을 가하여 트랜지스터 스위치를 열게 되면, BIT LINE에 걸리는 전압에 따라 전하가 축전기에서 나오거나 흘러 들어가게 되는 것입니다.

 

 그리고 BIT LINE과 축전기 사이의 전하 교환이 끝나게 되면 스위치를 닫아서 축전기의 전압이 변하지 않도록 하고 있습니다. 하지만 축전지의 전하가 Bit line을 통해 조금씩 조금씩 빠져나가기 때문에 이 트랜지스터는 이상적인 스위치라고 말할 수 없습니다.

 

 그래서 시간이 지나면 축전기의 전하가 낮아지면서 1의 상태에 있는 정보가 0의 상태로 바뀔 수는 것입니다.

 

 이런 경우를 방지하기 위해서 Dram은 주기적으로 축전기의 정보를 읽는 작업을 진행하고, 그 값에 맞게 전압을 충분히 높여 축전기에 다시 가하는 작업도 주기적으로 진행하게 되는데, 이것을 기억 재생(memory refreshing)이라고 부릅니다.

 

 일반적으로 이 기억 재생 동작은 수십에서 수백 밀리초 (ms)마다 반복적으로 진행하게 됩니다.

 

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DRAM의 종류

 Dram의 종류에 대해 알아보겠습니다.

 

 DRAM은 보통 비동기 DRAM과 동기 SRAM으로 구분합니다. 비동기(asynchronous) DRAM은 DRAM의 동작 과정이 컴퓨터의 system clock과 관계없이 일어나는 DRAM입니다.

 

 DRAM이 처음 개발될 때, 중앙연산 장치 (CPU)의 연산 속도와 디램의 저장 속도는 차이가 났기 때문입니다. 그 후 점점 속도는 빨라졌지만 중앙연산 장치의 속도를 따라가지 못했습니다.

 그 이후에 만들어진 DRAM은 동기디램 (synchronous DRAM, SDRAM)으로 컴퓨터의 system clock에 의해 중앙연산 장치와 함께 동작하는 DRAM입니다.

 

 

 최초의 동기디램인 Single data rate DRAM(SDR SDRAM)은 1996년 64 bit 펜티엄 컴퓨터와 함께 소개되었으며, 64 bit 데이터를 한 번에 처리할 수 있음은 물론이고, 메모리 속도를 66 MHz, 100 MHz, 133 MHz로 다르게 만들면서 system clock의 속력과 각각 동기화될 수 있었습니다.

 

 system clock이 한 주기 회전할 때, 데이터를 한번 내놓지 않고 두 번 내놓는 방법을 택한 Dual data rate DDR SDRAM이 2000년대에 출시되었으며, 그 이후에 지속해서 발전하며 2003년에 DDR2, 2007년에 DDR3, 2014년에 DDR4까지 출시되었습니다. 현재는 DDR5가 주를 이루고 있습니다.

 

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