DRAMとは
DRAMとは、半導体素子を利用した揮発性の記憶装置 (メモリ) の一種です。
Dynamic Random Access Memoryの略称で、主にパソコンに搭載されています。内部回路が電荷を蓄えるためのコンデンサーとFET (電界効果トランジスタ) を有する非常に単純な構造であるため、FETの半導体プロセスの微細化に伴う大規模集積化に適していますが、SRAMなどの他の記憶媒体に対して記憶容量単価が低いという特徴があります。
DRAMの使用用途
DRAMの主な使用用途はパソコンです。記憶部分がコンデンサーとFET (電界効果トランジスタ) を使った単純な構造をしており、記憶容量に対する単価が安く製造できるため安価で大容量のメモリが必要なパソコンや産業機械の制御装置などに用いられています。
DRAMはコンデンサーの蓄積電荷で情報を記憶する構造上、電荷を維持するために常に情報の書き込みと読み出しのリフレッシュ作業を行っているため消費電力が大きく、スマホや携帯端末などの小型装置ではあまり使用されません。
DRAMの原理
DRAMの原理は内部回路のコンデンサーの蓄積電荷がある場合に1、ない場合に0という2進数で膨大なデータを記憶媒体として扱います。DRAMはその内部に大量に存在するメモリセルと呼ばれるFETとコンデンサーの一対の回路から構成されます。
データを書き込む場合はコンデンサーへFETを介して電荷を蓄積させて電圧が高くなった部分を1、蓄積していない部分を0とします。データを読み込む場合は該当箇所の電荷を開放し、書き込みと逆の動作によりコンデンサーに蓄積されていた電荷状態から0と1を識別します。これらを無数に行うことでデジタルデータを記憶し表現する仕組みです。
DARMはこのしくみからわかるように、コンデンサーへ電荷を蓄積させるには電圧印加が必要なため電気が流れている間しか情報を保持することができません。そのためDRAMは揮発性メモリに分類されます。
DRAMのその他情報
1. DRAMとSRAMの違い
一般に、パソコンのメモリ容量を増強したい場合に比較するのはDRAMとSRAMになります。
それぞれに特徴があり、記憶性能はSRAMのほうが優れています。大きな違いは記憶様式が動的か静的かであり、DRAMは常に情報を読み書きし続けていますがSRAMはその反対です。高速読み書きと低消費電力ではありますが、内部回路が複雑なため大規模な集積化が難しいのが欠点になります。小型で安価な大容量のメモリが必要である場合は、DRAMから適切なメモリサイズのものを選ぶことが大切です。
2. DRAMとフラッシュメモリの違い
DRAMと同様の機能を持った半導体製品としてフラッシュメモリがあげられます。両者はその特性からコンピュータ上で異なる役割を担います。
DRAMは電源を供給しないと揮発するという性質がありますが、処理速度が速いためコンピュータの主記憶装置として演算処理に必要となるデータを一時的に置く目的で用いられます。一方でフラッシュメモリには不揮発性という特性がありデータを保持するために継続的に電荷を供給する必要がないため主にデータを長期保存する用途に使われます。
フラッシュメモリとDRAMのデータ読み書き速度を比べるとDRAMのほうが早いですが、その分DRAMのほうが価格は高いです。フラッシュメモリはデータの長期保存用途で用いられる磁気テープやHDDと比較するとデータの読み書き速度が速く、近年では価格も低下傾向にあるため近年ではSSDやUSBメモリ等のストレージ用製品として用いられています。
3. DRAMのリフレッシュ動作について
DRAMは継続的に電源供給を行わなければ記憶が失われる揮発性の装置であるため、定期的に電荷を補充する必要があります。この電荷を補充する動作のことをリフレッシュ動作といいます。この間隔のことを「リフレッシュサイクル」といいます。通常であれば15マイクロ秒～60マイクロ秒程度の間隔でリフレッシュが行われます。
リフレッシュ動作中はメモリにアクセスすることができないため、なるべく短時間で行う必要があります。リフレッシュ動作を短時間で行うことができるメモリのほうが高性能と言えます。
4. DRAMの記憶容量トレンド
日本のメーカーが主力だった1990年代は、DRAMは1Mビットから4Mビットと世代毎に4倍ずつ記憶容量を増加してきました。しかし2000年代に入ると1Gビットから2Gビットという具合で増加量が鈍化し、2020年代の昨今では16Gビットより少ない量で増え続けています。
DRAMの記憶容量の増大トレンドに寄与するのは、半導体のFETの微細化プロセス技術です。半導体プロセスの最先端プロセスノードは数nmまで進化し、世界の名だたる企業や研究機関で活発な開発競争が進められています。
参考文献
https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/memory/memory_what2
https://techtarget.itmedia.co.jp/tt/news/1904/23/news04.html
https://www.sophia-it.com/content/