DRAM이란?
DRAM은 반도체 소자를 이용한 휘발성 저장장치(메모리)의 일종입니다.
Dynamic Random Access Memory의 약자로 주로 컴퓨터에 탑재됩니다. 내부 회로가 전하를 저장하는 콘덴서와 FET(전계효과 트랜지스터)를 갖는 매우 단순한 구조로 FET의 반도체 공정 미세화에 따른 대규모 집적화에 적합하지만, SRAM 등 다른 저장 매체에 비해 저장 용량 단가가 낮은 것이 특징입니다.
DRAM의 사용 용도
DRAM의 주요 사용 용도는 컴퓨터입니다. 기억 부분이 콘덴서와 FET(전계효과 트랜지스터)를 사용한 간단한 구조로 되어 있고, 저장용량 대비 단가가 저렴하게 제조할 수 있어 저렴하고 대용량의 메모리가 필요한 컴퓨터나 산업기계의 제어장치 등에 사용되고 있습니다.
DRAM은 콘덴서의 축적된 전하로 정보를 저장하는 구조상 전하를 유지하기 위해 끊임없이 정보를 쓰고 읽는 리프레시 작업을 하기 때문에 소비전력이 커서 스마트폰이나 휴대단말기 등 소형 장치에는 잘 사용되지 않습니다.
DRAM의 원리
DRAM의 원리는 내부 회로의 콘덴서의 축적 전하가 있으면 1, 없으면 0이라는 2진수로 방대한 데이터를 저장 매체로 취급하며, DRAM은 그 내부에 다량으로 존재하는 메모리 셀이라고 불리는 FET와 콘덴서 한 쌍의 회로로 구성됩니다.
데이터를 기록할 때는 콘덴서에 FET를 통해 전하를 축적시켜 전압이 높아진 부분을 1, 축적되지 않은 부분을 0으로 설정합니다. 데이터를 읽을 때는 해당 부분의 전하를 해제하고, 쓰기와 반대의 동작으로 커패시터에 축적된 전하 상태에서 0과 1을 구분합니다. 이를 무수히 반복하여 디지털 데이터를 저장하고 표현하는 구조입니다.
이러한 구조에서 알 수 있듯이 D램은 커패시터에 전하를 축적하기 위해서는 전압을 인가해야 하기 때문에 전기가 흐르는 동안만 정보를 유지할 수 있습니다. 이 때문에 D램은 휘발성 메모리로 분류됩니다.
DRAM의 기타 정보
1. DRAM과 SRAM의 차이점
일반적으로 컴퓨터의 메모리 용량을 늘리고 싶을 때 비교하는 것은 DRAM과 SRAM이다.
각각 특징이 있으며, 저장 성능은 SRAM이 더 우수합니다. 가장 큰 차이점은 저장 방식이 동적인지 정적인지 여부로, DRAM은 끊임없이 정보를 읽고 쓰는 반면, SRAM은 그 반대입니다. 빠른 읽기/쓰기 속도와 저전력 소비가 장점이지만, 내부 회로가 복잡해 대규모 집적화가 어렵다는 단점이 있습니다. 작고 저렴한 대용량의 메모리가 필요한 경우, DRAM에서 적절한 크기의 메모리를 선택하는 것이 중요합니다.
2. D램과 플래시 메모리의 차이점
DRAM과 유사한 기능을 가진 반도체 제품으로는 플래시 메모리를 들 수 있습니다. 양자는 그 특성으로 인해 컴퓨터에서 서로 다른 역할을 수행합니다.
DRAM은 전원을 공급하지 않으면 휘발되는 특성이 있지만, 처리 속도가 빠르기 때문에 컴퓨터의 주 기억 장치로 연산 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 용도로 사용됩니다. 반면 플래시 메모리는 비휘발성이라는 특성으로 데이터를 유지하기 위해 지속적으로 전하를 공급할 필요가 없기 때문에 주로 데이터를 장기적으로 저장하는 용도로 사용됩니다.
플래시 메모리와 DRAM의 데이터 읽기/쓰기 속도를 비교하면 DRAM이 더 빠르지만, 그만큼 DRAM의 가격이 더 비쌉니다. 플래시 메모리는 데이터 장기 저장 용도로 사용되는 자기 테이프나 HDD에 비해 데이터 읽기/쓰기 속도가 빠르며, 최근에는 가격도 하락하는 추세여서 최근에는 SSD나 USB 메모리 등의 저장용 제품으로 사용되고 있습니다.
3. DRAM의 리프레시 동작에 대하여
DRAM은 지속적으로 전원을 공급하지 않으면 기억이 사라지는 휘발성 장치이기 때문에 주기적으로 전하를 보충해 주어야 합니다. 이 전하를 보충하는 동작을 리프레시 동작이라고 합니다. 이 간격을 ‘리프레시 사이클’이라고 합니다. 보통 15마이크로초~60마이크로초 정도의 간격으로 리프레쉬가 이루어집니다.
리프레시 동작 중에는 메모리에 접근할 수 없기 때문에 가능한 한 짧은 시간 내에 리프레시 동작을 해야 합니다. 리프레시 동작을 짧은 시간에 할 수 있는 메모리가 더 고성능이라고 할 수 있습니다.
4. DRAM의 저장 용량 추이
일본 업체들이 주력이었던 1990년대, DRAM은 1M비트에서 4M비트까지 매 세대마다 4배씩 저장 용량을 늘려왔습니다. 하지만 2000년대 들어서는 1G비트에서 2G비트 정도로 증가폭이 둔화되었고, 2020년대 들어서는 16G비트보다 적은 양으로 증가세를 이어가고 있습니다.
D램의 저장 용량 증가 추세에 기여하는 것은 반도체 FET의 미세화 공정 기술이다. 반도체 공정의 최첨단 공정 노드는 수 nm까지 진화하고 있으며, 세계 유수의 기업 및 연구기관에서 활발한 개발 경쟁을 벌이고 있습니다.