RAM 구조와 DRAM·SRAM·DDR 메모리 선택
RAM의 임의 접근과 휘발성, DRAM·SRAM 셀 구조, DDR 세대별 특성, 대역폭·지연 시간·ECC 구성까지 정리한다.
2026-08-14 · 최초 발행 2025-12-30
CPU와 저장장치 사이에서 RAM이 맡는 자리
RAM(Random Access Memory)은 실행 중인 프로그램과 데이터를 임시로 보관하는 주기억장치다. CPU가 직접 접근하며, 주소만 알면 어떤 메모리 위치든 같은 속도로 읽고 쓸 수 있다. 순서대로 이동해야 하는 순차 접근 방식과 구별되는 지점이다.
전원이 공급되는 동안에만 내용이 유지되는 휘발성 메모리이므로, 전원이 끊기면 저장된 데이터는 사라진다. 영구 보관은 보조기억장치가 담당한다. RAM의 응답 시간은 나노초(ns) 단위이며, CPU가 데이터를 기다리는 시간을 줄이는 데 영향을 준다.
주기억장치에 쓰이는 DRAM의 셀과 리프레시
DRAM(Dynamic RAM) 셀은 트랜지스터 1개와 커패시터 1개로 구성되는 1T1C 구조다. 커패시터에 저장한 전하로 데이터를 표현하므로 집적도를 높이기 쉽고 비용도 낮다. 이 특성 때문에 GB 단위의 주기억장치에 적합하다.
커패시터의 전하는 시간이 지나면 누설된다. 데이터를 유지하려면 수 ms마다 리프레시로 재충전해야 하며, 리프레시 중에는 메모리에 접근할 수 없다. 이 과정은 성능 오버헤드가 된다.
메모리 접근은 행 주소 스트로브(RAS), 열 주소 스트로브(CAS), 데이터 읽기 또는 쓰기, 다음 접근을 위한 프리차지(Precharge) 순서로 이뤄진다. SRAM보다 느린 50-100ns의 접근 시간과 RAS/CAS 타이밍을 위한 제어 회로는 DRAM의 제약이다.
리프레시 없이 상태를 유지하는 SRAM
SRAM(Static RAM)은 6개 트랜지스터로 만든 플립플롭 회로를 셀로 사용한다. 전원이 들어오는 동안 피드백 회로가 상태를 유지하므로 리프레시가 필요하지 않다. 외부 노이즈에 강하고 신뢰성도 높다.
접근 시간은 1-10ns로 빠르며, 데이터 유지 상태의 전력 소모도 적다. 반면 셀 구조가 복잡해 비용이 높고, 대용량 제작에는 불리하다. 셀 크기는 DRAM 대비 6배 크다. 따라서 SRAM은 CPU 캐시 메모리(L1/L2/L3), 레지스터 파일, 고속 버퍼에 사용된다.
전송 에지를 늘려온 DDR SDRAM
SDR SDRAM은 클럭 신호에 동기화되어 상승 에지에서만 데이터를 전송했다. PC-66, PC-100, PC-133이 여기에 해당하며, 클럭당 1회 전송이라는 대역폭 한계가 있었다.
DDR(Double Data Rate)은 상승 에지와 하강 에지를 모두 사용해 SDR 대비 2배 대역폭을 제공한다. DDR-200, DDR-266, DDR-333, DDR-400이 있으며 동작 전압은 2.5V다.
대역폭 = (클럭 속도 × 2) × (버스 폭 / 8)
DDR-400: (200MHz × 2) × (64bit / 8) = 3.2 GB/sDDR2는 4n 프리페치 버퍼를 사용하며, DDR의 2n 프리페치보다 넓은 데이터를 미리 가져온다. 내부 클럭은 절반으로 낮추고 외부 클럭은 2배로 높였으며, ODT(On-Die Termination)를 추가했다. 동작 전압은 1.8V이고 DDR2-400 ~ DDR2-1066을 지원한다. DDR2-800의 대역폭은 6.4 GB/s다.
DDR3는 8n 프리페치 버퍼와 플라이바이 토폴로지를 사용한다. 1.5V 또는 DDR3L의 1.35V로 동작하며, DDR3-800 ~ DDR3-2133 범위를 지원한다. DDR3-1600의 대역폭은 12.8 GB/s다.
DDR4에서는 뱅크 그룹 구조, 16n 프리페치 버퍼, Target Row Refresh(TRR)가 도입됐다. 1.2V에서 동작하고 DDR4-1600 ~ DDR4-3200을 지원하며, DDR4-3200의 대역폭은 25.6 GB/s다.
DDR5는 1.1V, 32n 프리페치 버퍼, 모듈당 2개 채널의 듀얼 채널 아키텍처, On-die ECC를 사용한다. 지원 범위는 DDR5-3200 ~ DDR5-8400이며, DDR5-4800은 38.4 GB/s, DDR5-6400은 51.2 GB/s 대역폭을 제공한다.
클럭·대역폭·타이밍을 함께 읽기
클럭 속도는 MHz로 표시한다. 예를 들어 DDR4-3200의 실제 클럭은 1600MHz이며, DDR 전송 방식으로 데이터 전송 속도가 표현된다.
대역폭은 초당 전송 가능한 데이터량으로 GB/s 단위를 쓴다. 클럭 속도, 데이터 레이트, 버스 폭의 조합으로 결정된다. CAS Latency(CL)는 열 주소 요청부터 데이터가 출력될 때까지의 클럭 수를 뜻하며, 값이 낮을수록 응답이 빠르다.
DDR4-3200 CL16-18-18-38 표기는 CL16, tRCD(RAS to CAS Delay) 18, tRP(Row Precharge Time) 18, tRAS(Row Active Time) 38을 의미한다. 실제 지연 시간은 CL만으로 판단하지 않고 실제 클럭과 함께 계산한다.
지연 시간(ns) = (CL / 실제 클럭 속도) × 1000
DDR4-3200 CL16 = (16 / 1600MHz) × 1000 = 10ns채널 구성과 메모리 용량
단일 채널은 메모리 컨트롤러 1개와 64비트 데이터 버스를 사용한다. 듀얼 채널은 메모리 컨트롤러 2개가 동시에 동작하고 128비트 데이터 버스를 사용하며, 동일 용량 모듈 2개가 필요하다. 이론상 대역폭은 2배다.
쿼드 채널은 메모리 컨트롤러 4개와 256비트 데이터 버스를 사용하며 HEDT 플랫폼에서 지원한다.
일반 작업에는 8GB, 멀티태스킹과 게임에는 16GB, 콘텐츠 제작과 개발에는 32GB가 제시된다. 전문가 워크스테이션은 64GB+ 구성이 대상이다.
데이터 무결성을 위한 ECC 메모리
Non-ECC RAM은 오류 검출과 정정 기능이 없는 일반 메모리다. 비용이 낮아 소비자용 시스템에 사용된다.
ECC(Error-Correcting Code) 메모리는 단일 비트 오류를 자동으로 정정하고 다중 비트 오류를 검출한다. 8비트당 1비트의 추가 패리티 비트를 사용하며, 약간의 성능 오버헤드가 있다. 데이터 무결성이 중요한 서버, 정확성이 필요한 과학 계산, 오류를 허용하기 어려운 금융 시스템에서 사용된다.