디램의 원리와 역할(2) – 고속 메모리의 작동 방식

**DRAM(Dynamic Random Access Memory, 동적 랜덤 액세스 메모리)**는 컴퓨터, 스마트폰, 서버, AI 시스템 등 다양한 전자 기기의 주 메모리(Main Memory) 역할을 담당한다.

빠른 속도로 데이터를 저장하고 접근할 수 있지만, 휘발성(Volatile) 메모리이므로 전원이 꺼지면 데이터가 사라진다.

고속 메모리로서 DRAM은 병렬 접근, 버스트 전송, 멀티뱅크 구조 등 다양한 기술을 활용하여 성능을 극대화한다.

 

본 글에서는 DRAM의 고속 동작 방식과 성능을 최적화하는 기술을 설명한다.

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1️⃣ DRAM의 작동 방식 🔄

DRAM은 트랜지스터(Transistor)와 커패시터(Capacitor)로 구성된 메모리 셀을 사용하여 데이터를 저장하고,
주기적으로 **데이터 새로 고침(Refresh)**을 수행하여 데이터 유지를 보장한다.

📌 DRAM의 주요 동작 과정

1. 주소 지정(Addressing) – CPU가 메모리에서 데이터를 읽거나 쓸 위치를 지정
2. 읽기(Read) – 메모리 셀에서 데이터를 읽어 CPU로 전송
3. 쓰기(Write) – 새로운 데이터를 메모리 셀에 저장
4. 새로 고침(Refresh) – 일정 주기마다 커패시터의 전하를 재충전

✅ CPU와 메모리 컨트롤러(Memory Controller)는 DRAM과 직접 통신하며 데이터 처리를 관리

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2️⃣ 고속 데이터 전송을 위한 DRAM 기술 🚀

📌 ① 버스트 전송(Burst Mode) – 데이터 연속 처리

✅ 한 번의 명령으로 여러 개의 데이터를 연속 전송하는 방식
✅ CPU가 메모리에서 한 번에 많은 데이터를 읽어야 할 때 성능을 향상

🔹 버스트 전송 과정

1. CPU가 첫 번째 메모리 주소를 요청
2. 연속된 데이터가 순차적으로 전송됨 (주소를 반복 요청할 필요 없음)
3. 대량의 데이터 처리 속도가 증가

✅ DDR 메모리(Double Data Rate)는 버스트 모드를 적극 활용하여 대역폭을 확장

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📌 ② 멀티뱅크(Multi-Bank) 구조 – 동시 접근 최적화

✅ DRAM 내부를 여러 개의 독립적인 메모리 뱅크(Bank)로 나누어 동시 접근 가능
✅ 여러 개의 뱅크가 병렬로 데이터를 처리하여 성능을 극대화

🔹 멀티뱅크 방식의 장점

• CPU가 한 뱅크에서 데이터를 읽는 동안, 다른 뱅크에서 새로운 데이터를 준비할 수 있음
• 동시 접근 가능 → 지연 시간(Latency) 단축 → 메모리 속도 향상

✅ 현대 DRAM(DDR4, DDR5)은 멀티뱅크 구조를 개선하여 데이터 처리 효율을 극대화함

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📌 ③ 동기식 DRAM(SDRAM) – 클럭 기반 데이터 전송

✅ SDRAM(Synchronous DRAM)은 시스템 클럭(Clock Signal)과 동기화하여 동작
✅ 정확한 타이밍으로 데이터 입출력을 관리하여 속도 최적화

 

🔹 SDRAM vs 비동기식 DRAM

메모리 유형

동기 방식

속도

SDRAM	시스템 클럭과 동기화	빠름
비동기식 DRAM	클럭 없이 요청마다 응답	느림

✅ SDRAM 이후, DDR(Double Data Rate) 기술이 발전하면서 메모리 속도가 더욱 향상됨

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3️⃣ DDR 메모리의 발전 과정 📈

DDR(Double Data Rate) 메모리는 SDRAM에서 발전된 기술로,
클럭 주파수당 두 번의 데이터 전송이 가능하여 성능이 크게 향상되었다.

DDR

세대데이터

전송 속도

전압특징

DDR1	200~400 MT/s	2.5V	초창기 DDR 메모리
DDR2	400~1066 MT/s	1.8V	데이터 프리페치(4비트) 도입
DDR3	800~2133 MT/s	1.5V	저전력 설계(Low Power)
DDR4	1600~3200 MT/s	1.2V	멀티뱅크 구조 개선
DDR5	3200~8400 MT/s	1.1V	초고속 데이터 전송, 전력 효율 최적화

✅ DDR5는 기존 DDR4 대비 대역폭(Bandwidth)과 전력 효율이 대폭 개선

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4️⃣ DRAM의 지연 시간(Latency)과 성능 최적화 ⏳

📌 ① CAS 레이턴시(CAS Latency, CL)

✅ 메모리에서 데이터를 요청한 후 응답할 때까지 걸리는 시간
✅ CL 값이 낮을수록 데이터 접근 속도가 빠름

🔹 CAS 레이턴시 예시

• DDR4-3200 CL16 → 16 클럭 사이클 후 데이터 응답
• DDR5-4800 CL40 → 높은 클럭 속도지만 레이턴시가 증가할 수 있음

✅ 높은 클럭 속도의 DRAM이라도 레이턴시가 낮아야 성능이 최적화됨

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📌 ② 프리차지(Precharge)와 액세스 시간

✅ DRAM은 데이터를 읽기 전에 먼저 준비 과정(Precharge)을 수행
✅ 지연 시간을 줄이기 위해 뱅크를 최적화하여 연속 접근을 빠르게 처리

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5️⃣ 차세대 DRAM 기술 🚀

📌 ① HBM(High Bandwidth Memory) – 초고속 메모리

✅ HBM은 3D 적층(3D Stacked) 구조를 사용하여 초고속 데이터 전송 가능
✅ GPU, AI, 데이터센터에서 활용

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📌 ② GDDR(Graphics DDR) – 고성능 그래픽 메모리

✅ GDDR6, GDDR7은 고속 그래픽 연산을 위해 설계됨
✅ 게임, AI 가속기, 고성능 컴퓨팅(HPC)에서 사용

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결론

DRAM은 CPU의 연산을 지원하는 필수적인 고속 메모리로,
버스트 전송, 멀티뱅크 구조, DDR 기술, 레이턴시 최적화 등을 통해 성능을 극대화하고 있다.

 

향후 DRAM 기술은 HBM, DDR5/6, GDDR7로 발전하면서
AI, 클라우드, 고성능 컴퓨팅(HPC) 등의 분야에서 더욱 중요한 역할을 하게 될 것이다.

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요약

1. DRAM은 고속 데이터 처리를 위해 버스트 전송, 멀티뱅크 구조, 동기식 메모리 기술을 활용한다.
2. DDR 메모리는 세대가 발전할수록 데이터 전송 속도가 향상되고 전력 소비가 줄어든다.
3. 지연 시간(CAS Latency)을 최적화하면 DRAM 성능이 더욱 향상된다.
4. HBM, GDDR 등 차세대 메모리 기술이 AI 및 고성능 컴퓨팅을 지원하고 있다.
5. DRAM은 앞으로도 클라우드, 데이터센터, AI 반도체 등의 핵심 메모리로 활용될 전망이다.

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