DRAM

Was ist DRAM?

DRAM ist ein flüchtiger Speicher, der aus Halbleiterelementen besteht.

Es ist eine Abkürzung für Dynamic Random Access Memory, hauptsächlich in Personal Computern verwendet. Da die interne Schaltung eine sehr einfache Struktur mit einem Kondensator und einem FET (Feldeffekttransistor) zur Speicherung elektrischer Ladung aufweist, eignet sie sich in Verbindung mit der Miniaturisierung der FET-Halbleiterprozesse für die Integration in großem Maßstab, zeichnet sich jedoch durch geringere Stückkosten pro Speicherkapazität als andere Speichermedien wie SRAM aus.

Anwendungen von DRAM

DRAM wird hauptsächlich in Personalcomputern eingesetzt. Der Speicherteil hat eine einfache Struktur aus Kondensatoren und FETs (Feldeffekttransistoren) und kann zu einem niedrigen Stückpreis für die Speicherkapazität hergestellt werden, so dass er in PCs und Steuerungen von Industriemaschinen eingesetzt wird, wo ein preiswerter Speicher mit hoher Kapazität benötigt wird.

Aufgrund der Struktur von DRAM, das Informationen mit Hilfe der gespeicherten Ladung eines Kondensators speichert, ist der Stromverbrauch aufgrund des ständigen Auffrischungsvorgangs des Schreibens und Lesens von Informationen zur Aufrechterhaltung der Ladung hoch, weshalb DRAM nicht oft in kleinen Geräten wie Smartphones und mobilen Endgeräten verwendet wird.

Funktionsweise von DRAM

Die Funktionsweise von DRAM besteht darin, dass es eine große Datenmenge als Speichermedium mit Hilfe einer binären Zahl verarbeitet, nämlich 1, wenn eine Ladung im internen Kondensator gespeichert ist, und 0, wenn keine Ladung vorhanden ist. DRAM besteht aus einem Paar von FET- und Kondensatorschaltungen, die als Speicherzellen bezeichnet werden und in großer Zahl im DRAM vorhanden sind.

Beim Schreiben von Daten wird die Ladung im Kondensator über die FETs akkumuliert, wobei der Teil des Kondensators, in dem die Spannung hoch ist, auf 1 und der Teil des Kondensators, in dem keine Ladung akkumuliert ist, auf 0 gesetzt wird. Beim Lesen von Daten wird die Ladung in dem betreffenden Bereich freigesetzt, und der umgekehrte Vorgang wie beim Schreiben wird verwendet, um aus dem Zustand der im Kondensator gespeicherten Ladung 0s und 1s zu erkennen. Das System speichert digitale Daten und drückt sie aus, indem es diese Operationen unzählige Male durchführt.

Wie aus diesem Mechanismus ersichtlich ist, können DRAMs Informationen nur speichern, solange Strom fließt, da eine Spannung an den Kondensator angelegt werden muss, um eine Ladung zu akkumulieren. DRAM werden daher als flüchtige Speicher eingestuft.

Weitere Informationen zu DRAMs

1. Der Unterschied zwischen DRAM und SRAM

Im Allgemeinen werden DRAM und SRAM verglichen, wenn die Speicherkapazität eines Computers erhöht werden soll.

Beide haben ihre eigenen Merkmale, wobei SRAM eine bessere Speicherleistung aufweist. Der Hauptunterschied besteht darin, ob es sich um einen dynamischen oder statischen Speicher handelt, wobei DRAM ständig Informationen liest und schreibt, während SRAM das Gegenteil ist. Trotz der hohen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten und des geringen Stromverbrauchs besteht sein Nachteil darin, dass er sich aufgrund der Komplexität seiner internen Schaltungen nur schwer in großem Maßstab integrieren lässt. Wenn ein kleiner, preiswerter Speicher mit hoher Kapazität benötigt wird, ist es wichtig, eine geeignete Speichergröße von DRAM zu wählen.

2. Unterschiede zwischen DRAM und Flash-Speicher

Flash-Speicher ist ein Halbleiterprodukt mit ähnlichen Funktionen wie DRAM. Beide spielen aufgrund ihrer Eigenschaften eine unterschiedliche Rolle in Computern.

DRAM ist im stromlosen Zustand flüchtig, wird aber aufgrund seiner hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit als Hauptspeicher eines Computers zur Zwischenspeicherung von Daten verwendet, die für arithmetische Operationen benötigt werden. Flash-Speicher hingegen sind nicht flüchtig und benötigen keine kontinuierliche elektrische Ladung, um Daten zu speichern, weshalb sie hauptsächlich für die langfristige Datenspeicherung verwendet werden.

Vergleicht man die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von Flash-Speicher und DRAM, so ist DRAM schneller, aber auch teurer. Im Vergleich zu Magnetbändern und Festplatten, die für die langfristige Datenspeicherung verwendet werden, hat Flash-Speicher eine höhere Lese-/Schreibgeschwindigkeit und wurde in den letzten Jahren für Speicherprodukte wie SSDs und USB-Speicher verwendet, da sein Preis in den letzten Jahren gesunken ist.

3. DRAM-Auffrischung

DRAM ist ein flüchtiger Baustein, der seine Speicherkapazität verliert, wenn er nicht ständig mit Strom versorgt wird, so dass es notwendig ist, die elektrische Ladung regelmäßig aufzufüllen. Dieser Vorgang des Aufladens wird als Auffrischungsvorgang bezeichnet. Dieses Intervall wird als Auffrischungszyklus bezeichnet. Normalerweise werden Auffrischungsvorgänge in Intervallen von 15 Mikrosekunden bis 60 Mikrosekunden durchgeführt.

Da während des Auffrischungsvorgangs nicht auf den Speicher zugegriffen werden kann, muss er in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden. Speicher, die Auffrischungsvorgänge in kürzerer Zeit durchführen können, gelten als leistungsfähiger.

4. Entwicklung der Speicherkapazität von DRAM

In den 1990er Jahren, als japanische Hersteller die Hauptakteure waren, stieg die Speicherkapazität von DRAM mit jeder Generation um das Vierfache, von 1 Mbit auf 4 Mbit. In den 2000er Jahren verlangsamte sich der Anstieg jedoch auf 1 GB bis 2 GB und in den 2020er Jahren lag der Anstieg bei weniger als 16 GB.

Der Trend zur Steigerung der DRAM-Speicherkapazität wird durch die Miniaturisierung der Halbleiter-FETs unterstützt. Der am weitesten fortgeschrittene Prozessknoten des Halbleiterprozesses hat sich auf mehrere nm entwickelt und wird von renommierten Unternehmen und Forschungsinstituten weltweit aktiv entwickelt und konkurriert.