개요
D램(DRAM)은 전하의 유무를 이용해 데이터를 저장하는 대표적인 휘발성 반도체 메모리다. 영어 명칭은 Dynamic Random Access Memory이며, 컴퓨터와 서버, 스마트폰, 그래픽 장치, 인공지능 가속기 등에서 연산에 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 주기억장치로 널리 사용된다.
D램은 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 사라진다. 또한 전원이 공급되고 있는 동안에도 메모리 셀의 전하가 시간이 지나면서 감소하기 때문에 데이터를 유지하려면 일정한 주기로 다시 기록하는 리프레시 과정이 필요하다. 이러한 특성에서 ‘동적’이라는 명칭이 유래한다.
구조와 동작 원리
일반적인 D램의 기본 메모리 셀은 트랜지스터 1개와 커패시터 1개로 구성된다. 커패시터에 전하가 저장되어 있는지 여부를 이용해 디지털 정보인 0과 1을 표현하고, 트랜지스터는 해당 셀에 데이터를 쓰거나 읽을 때 전류의 흐름을 제어하는 역할을 한다.
D램 칩에는 이러한 메모리 셀이 매우 많이 배열되어 있다. 구조가 비교적 단순하기 때문에 작은 면적에 많은 셀을 집적할 수 있어 대용량 메모리를 구현하는 데 유리하다.
그러나 커패시터에 저장된 전하는 시간이 지나면서 자연스럽게 감소한다. 따라서 메모리 컨트롤러는 일정한 시간 간격으로 저장된 데이터를 읽고 다시 기록하는 리프레시를 수행해 데이터가 사라지는 것을 방지한다.
D램과 SRAM의 차이
D램과 SRAM은 모두 전원이 꺼지면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리지만 구조와 사용 목적이 다르다. D램은 일반적으로 하나의 셀을 트랜지스터 1개와 커패시터 1개로 구성해 높은 집적도와 대용량 구현에 유리하다.
SRAM은 하나의 셀에 여러 개의 트랜지스터를 사용한다. 전원이 공급되는 동안에는 별도의 리프레시 없이 데이터를 유지할 수 있고 동작 속도가 빠르지만 셀 면적이 상대적으로 커 대용량화에는 불리하다.
이러한 차이 때문에 D램은 PC와 서버의 주기억장치 등 대용량 메모리에 주로 사용되고, SRAM은 프로세서 내부의 캐시메모리처럼 매우 빠른 접근 속도가 필요한 영역에 주로 사용된다.
DDR과 D램
DDR은 D램에서 데이터를 더 효율적으로 전송하기 위한 기술로, Double Data Rate의 약자다. 클록 신호가 상승할 때와 하강할 때 모두 데이터를 전송해 한 번의 클록 주기에서 두 번 데이터를 보낼 수 있도록 한다.
DDR 계열은 세대가 발전하면서 DDR2, DDR3, DDR4, DDR5 등으로 이어져 왔다. 새로운 세대에서는 데이터 전송속도와 전력효율, 메모리 용량 및 신호처리 방식 등이 개선된다.
PC와 서버에서는 DDR D램이 널리 사용되고, 모바일 기기에서는 저전력에 초점을 둔 LPDDR이 이용된다. 그래픽 처리에는 GDDR이 활용되며 사용 환경에 따라 속도와 전력소모, 인터페이스 구조가 달라진다.
HBM과 D램
HBM은 High Bandwidth Memory의 약자로 여러 개의 D램 다이를 수직으로 쌓아 매우 넓은 데이터 통로를 확보한 고대역폭 메모리다. D램 기술을 기반으로 하지만 기존 메모리 모듈보다 높은 데이터 전송 대역폭을 구현하는 데 초점을 맞춘다.
HBM에서는 여러 D램 다이를 적층하고 TSV와 같은 수직 연결 기술을 이용해 다이 사이에서 데이터를 빠르게 주고받는다. 이러한 구조는 GPU와 인공지능 가속기처럼 짧은 시간에 방대한 데이터를 처리해야 하는 시스템에서 특히 중요하다.
따라서 HBM은 D램과 별개의 완전히 다른 메모리라기보다 D램을 고대역폭 환경에 맞게 적층·패키징하고 인터페이스를 확장한 형태로 이해할 수 있다.
주요 활용 분야
D램은 CPU나 GPU가 현재 처리하고 있는 프로그램과 데이터를 임시로 저장하는 작업공간 역할을 한다. 메모리 용량이 충분하면 여러 프로그램이나 대규모 데이터를 동시에 처리하기 수월해지고, 데이터 전송속도가 높을수록 프로세서가 필요한 정보를 더 빠르게 받을 수 있다.
PC와 서버뿐 아니라 스마트폰, 자동차 전자장치, 게임기, 그래픽카드, 데이터센터, 인공지능 시스템 등에서도 다양한 형태의 D램이 사용된다. 응용 분야에 따라 DDR, LPDDR, GDDR, HBM 등 서로 다른 제품군이 선택된다.
D램은 장기적인 파일 저장을 위한 SSD나 낸드플래시와 역할이 다르다. D램은 빠른 임시 저장과 연산 지원에 적합하고, 낸드플래시는 전원이 꺼져도 데이터를 유지하는 비휘발성 저장장치에 주로 사용된다.