コンピュータ

COMPUTER

公開：2024-05-05

DRAM(Dynamic Random Access Memory)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

DRAM(Dynamic Random Access Memory)とは

DRAMはDynamic Random Access Memoryの略称で、コンピューターのメインメモリとして広く使用されている半導体メモリの一種です。DRAMは電荷を蓄積することでデータを保持し、リフレッシュ動作によって定期的に電荷を再書き込みすることで、情報を保持し続けることができます。

DRAMはSRAMと比較して、高密度・低コストという特徴があります。しかし、リフレッシュ動作が必要なため、SRAMよりもアクセス速度が遅いという欠点もあります。

DRAMはメモリセルとして1トランジスタ1キャパシタ(1T1C)構成を採用しています。この構成により、高集積化が可能となり、大容量のメモリを実現することができます。

DRAMはシンクロナスDRAMとアシンクロナスDRAMに分類されます。シンクロナスDRAMはクロック信号に同期してデータの読み書きを行うのに対し、アシンクロナスDRAMはクロック信号とは非同期でデータの読み書きを行います。

DRAMはPCやサーバー、ゲーム機、スマートフォンなど、様々な電子機器で使用されています。大容量・低コストという特徴から、今後もDRAMの需要は高まり続けると予想されます。

DRAMの種類と特徴

DRAMの種類と特徴に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• シンクロナスDRAMとアシンクロナスDRAMの違い
• DRAMのパッケージ形態の種類
• DRAMの規格と世代の変遷

シンクロナスDRAMとアシンクロナスDRAMの違い

シンクロナスDRAMはクロック信号に同期してデータの読み書きを行うDRAMです。クロック信号とデータ信号が同期しているため、高速な動作が可能となります。

一方、アシンクロナスDRAMはクロック信号とは非同期でデータの読み書きを行うDRAMです。シンクロナスDRAMと比較して、低速ですが、シンプルな構成のため、低コストという利点があります。

現在ではほとんどのDRAMがシンクロナスDRAMであり、アシンクロナスDRAMは一部の組み込み機器などで使用されています。シンクロナスDRAMの高速性と大容量化が進んだことで、アシンクロナスDRAMの需要は減少しつつあります。

DRAMのパッケージ形態の種類

DRAMのパッケージ形態にはDIP(Dual Inline Package)、SIPP(Single Inline Pin Package)、SIMM(Single Inline Memory Module)、DIMM(Dual Inline Memory Module)などがあります。DIPは初期のDRAMで使用されていたパッケージ形態ですが、現在ではほとんど使用されていません。

SIMMは複数のDRAMチップを基板上に実装したメモリモジュールで、30ピンと72ピンの2種類があります。SIMMは両面実装が可能なため、DIPよりも高密度化が可能となりました。

現在、最も一般的なDRAMのパッケージ形態はDIMMです。DIMMはSIMMの後継として開発され、168ピンと240ピンの2種類があります。DIMMは高速化と大容量化が進んでおり、PCやサーバーなどで広く使用されています。

DRAMの規格と世代の変遷

DRAMの規格にはSDR(Single Data Rate)、DDR(Double Data Rate)、DDR2、DDR3、DDR4などがあります。SDRはクロックの立ち上がりエッジでデータの読み書きを行うのに対し、DDR以降はクロックの立ち上がりと立ち下がりの両方のエッジでデータの読み書きを行います。

DDRの登場により、DRAMの動作速度は飛躍的に向上しました。さらに、DDR2、DDR3、DDR4と世代が進むにつれて、動作速度の向上と消費電力の削減が図られています。

最新の規格であるDDR5は2020年に登場しました。DDR5はDDR4と比較して、動作速度の向上、消費電力の削減、大容量化が図られています。今後、DDR5の普及が進むことで、より高性能なシステムの実現が期待されます。

DRAMの高速化技術

DRAMの高速化技術に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• プリフェッチ機能とバースト転送
• デュアルチャネルとクアッドチャネル
• 3D積層技術の活用

プリフェッチ機能とバースト転送

プリフェッチ機能は次に必要となるデータを予測し、あらかじめメモリから読み出しておく技術です。プリフェッチ機能によって、メモリアクセスのレイテンシを削減し、システムの性能を向上させることができます。

バースト転送は一度のメモリアクセスで複数のデータを連続して転送する技術です。バースト転送を用いることで、メモリバス上のデータ転送効率を高め、メモリアクセスの高速化を図ることができます。

プリフェッチ機能とバースト転送はDRAMの高速化に欠かせない技術となっています。これらの技術の向上により、DRAMのアクセス速度は飛躍的に向上しています。

デュアルチャネルとクアッドチャネル

デュアルチャネルは2つのメモリチャネルを同時に使用することで、メモリバンド幅を2倍に拡張する技術です。デュアルチャネルを用いることで、メモリアクセスの並列化が可能となり、システムの性能を向上させることができます。

クアッドチャネルはデュアルチャネルの拡張版で、4つのメモリチャネルを同時に使用する技術です。クアッドチャネルを用いることで、メモリバンド幅を4倍に拡張することができます。

デュアルチャネルやクアッドチャネルはメモリコントローラとDIMMスロットの対応が必要となります。これらの技術を活用することで、DRAMの高速化とシステム性能の向上が可能となります。

3D積層技術の活用

3D積層技術は複数のDRAMチップを縦方向に積層する技術です。3D積層技術を用いることで、チップ面積を増やすことなく、大容量化が可能となります。

また、3D積層技術ではチップ間の配線長が短くなるため、信号の伝達遅延を削減することができます。これにより、高速動作が可能となり、DRAMの性能を向上させることができます。

3D積層技術はHBM(High Bandwidth Memory)やHMC(Hybrid Memory Cube)といった新しいDRAMアーキテクチャにも活用されています。3D積層技術の進化により、より高性能なDRAMの実現が期待されます。

DRAMの信頼性向上技術

DRAMの信頼性向上技術に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• エラー訂正符号(ECC)の活用
• チップキル機能とメモリミラーリング
• 自己回復機能の実装

エラー訂正符号(ECC)の活用

エラー訂正符号(ECC)はデータに冗長ビットを付加することで、エラーの検出と訂正を可能にする技術です。ECCを用いることで、DRAMで発生するビット反転エラーなどを自動的に訂正し、データの信頼性を向上させることができます。

ECCはサーバーやワークステーションなどの高信頼性が求められるシステムで広く使用されています。ECCの活用により、DRAMの信頼性を高め、システムの安定性を確保することが可能となります。

ECCの種類にはSECDED(Single Error Correction, Double Error Detection)や、Chipkill ECCなどがあります。それぞれの用途に応じて、適切なECC方式を選択することが重要です。

チップキル機能とメモリミラーリング

チップキル機能は1つのDRAMチップが故障した場合でも、システムを継続して動作させることができる機能です。チップキル機能ではデータとECCを別々のDRAMチップに分散して格納することで、1チップの故障によるデータ損失を防ぐことができます。

メモリミラーリングは同一のデータを2つのDRAMモジュールに冗長に格納する技術です。メモリミラーリングを用いることで、1つのDRAMモジュールが故障した場合でも、もう一方のDRAMモジュールからデータを読み出すことができます。

チップキル機能とメモリミラーリングは高可用性が求められるシステムで使用されています。これらの技術を活用することで、DRAMの故障によるシステムダウンタイムを最小限に抑えることができます。

自己回復機能の実装

自己回復機能はDRAMチップ内部に備えられた機能で、メモリセルの劣化を自動的に検出し、回復することができます。自己回復機能ではスペアメモリセルを用いて、劣化したメモリセルを置き換えることで、DRAMの信頼性を維持します。

また、自己回復機能では定期的なリフレッシュ動作の最適化や、電源電圧の動的制御などの技術も活用されています。これらの技術により、DRAMの信頼性を向上させつつ、消費電力の削減も実現しています。

自己回復機能はDRAMの微細化が進む中で、重要性が増しています。微細化に伴い、メモリセルの劣化が顕在化しやすくなるため、自己回復機能による信頼性の確保が不可欠となっています。

「コンピュータ」に関するコラム一覧「コンピュータ」に関するニュース一覧