[DRAM] DRAM 이란 ?

 RAM 이란?

RAM (Random Access Memory) 이란 주로 컴퓨터의 주기억장치로 사용되며 전원이 꺼지면 데이터가 소멸되는 휘발성이 특징입니다. 크게 SRAM (Static RAM)과 DRAM (Dynamic RAM)으로 구분이 되는데, 속도로 따지면 SRAM 이 메모리 중에서 가장 빠른 속도를 자랑하지만 메모리의 발전은 직접도가 높은 DRAM을 기반으로 발전했습니다.

 

그래서 우리는 DRAM을 좀 더 심도 깊게 볼 필요가 있습니다. DRAM 은 CPU 보다는 느리지만 저렴하고 HDD 보다는 빨라서 둘 사이의 병목현상을 해결하기 아주 적합했습니다. 그렇게 컴퓨터의 주기억장치로 사용하기 위해 일반적인 비동기식 DRAM에 동기화 기술을 적용하여 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)을)을 개발하게 됩니다.

 

 

 

초기에 SDRAM에 적용된 동기화 기술은 SDR (Single Data Rate)라는 기술입니다. 위에 보이는 그림의 첫 번째 펄스파를 보시면 라이징 엣지 에서만 데이터를 전송하는 것을 알 수 있습니다. 이렇게 클럭의 한 주기에 한 번만 데이터를 전송하는 것을 SDR 방식이라고 합니다. 

 

두 번째 펄스파를 봅시다. 반도체 기술이 발전하여 Cell의 집적도가 두배가 되었습니다. 그에 따라 클럭의 속도는 두배가 되었고 입출력 버퍼의 대역폭 역시 두배가 되어야 했습니다. 하지만 그 당시 대역폭을 두배로 끌어올릴 정도의 기술이 없었습니다. 이러한 문제를 유연하게 해결한 방법이 바로 DDR (Double Data Rate) 방식입니다. 

 

세 번째 펄스파를 보시면 입출력 버퍼에서 라이징엣지와 폴링엣지 모두에서 데이터를 전송하면서 속도 200 Mbps, SDR 방식의 데이터를 절반의 대역폭으로 처리하고 있습니다. 이 혁신적인 방법을 기반으로 세대를 거듭하며 DDR2, DDR3, DDR4까지 지금까지도 발전을 해오고 있습니다.

 

그러던 중 스마트폰과 태블릿 시장을 저격하며 저전력 DRAM이 등장하게 되는데, 그 이름도 유명한 LPDDR (Low-Power DDR)입니다. 거의 대부분의 노력을 전력에 집중한 DRAM으로 주로 POP 패키지와 MCP 패키지를 사용합니다. 지금까지의 설명을 아래 그림 하나로 정리를 해봤습니다.

 

 

 

 Cell 이란?

 

셀이란 DRAM을 구성하는 가장 작은 저장 단위 정도로 생각하시면 됩니다. 위에 보시는 것처럼 셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터로 구성되어있습니다. 다양한 구조들도 있지만 이 간단한 구조를 선호하는 이유는 당연히 집적도입니다. 아무리 이거보다 빠른 구조를 가져와도 T1C1 구조를 2배, 3배 겹쳐서 사용하는 것이 결국 더 빠르기 때문이죠.

 

읽기/쓰기는 간단합니다. Word 라인에서 원하는 셀의 게이트를 열어주면 Bit 라인에서 커패시터에 전압을 충전시켜 데이터를 쓰거나 커패시터에서 방전되는 데이터를 읽는 방식입니다.

 

 

 Package는 뭔가요?

 

패키지는  반도체 칩을 보호해주는 방어막(?) 이면서 Printed Circuit Board(PCB) 판과 칩을 연결해주는 녀석이라고 생각하면 됩니다. 여기서 포인트는 어떻게 연결하는가입니다. 초기 대부분의 반도체 칩에 적용되던 TSOP 패키지 방식은 리드프레임을 구부려 PCB와 연결하는 방식으로 보통 대학교에서 빵판에 꽂아서 사용하던 칩들을 생각하시면 됩니다. 하지만 TSOP 패키지는 단자수의 한계가 있었고 이러한 한계점을 극복한 기술이 바로 Ball Grid Array (BGA) 방식입니다. 이 방식은 리드프레임 대신에 칩 아래에 숄더 볼을 박아서 PCB와 연결을 함으로써 단자수의 획기적인 증가를 보여주었습니다. 

 

POP 패키지는 베이스 패키지 사이에 Application Process를 적층 하여 만든 패키지로 칩 간의 와이어 길이를 단축하면서 신호전달 과정에서 발생하는 저항, 노이즈, 전력소비 등을 최소화하는 장점이 있습니다. 이러한 장점 때문에 LPDDR에서 주로 사용됩니다. 유사한 패키지로는 칩 위에 칩을 적층 시키는 Multi Chip Package (MCP)가 있습니다.

 

 

 

 DDR & LPDDR 세대별 특징 정리

DDR과 LPDDR 관련해서 세대별 특징들을 정리해놓았습니다. 필요하신 분들은 참고해서 공부하시면 좋을 것 같아요.  혹시 궁금한 점이나 틀린 부분이 있다면 댓글 달아주세요~ ㅎㅎ