DRAM 如何運作?電容儲存位元、週期性更新機制與 DDR5 頻寬提升 50%

DRAM 記憶胞的基本結構設計是什麼?

美光科技與三星半導體均指出,DRAM 記憶胞由一個電晶體與一個電容構成CITE:E1CITE:E2。美光科技說明,這種以電容加電晶體組成的記憶胞設計,目的是讓系統運作時能快速存取資料CITE:E1。三星半導體進一步指出,電容依電荷多寡區分 0 與 1 這兩個基本數位資料單位,並藉此區分與儲存資料CITE:E3。換言之,一顆電容加一顆電晶體,對應儲存一個位元。

為什麼 DRAM 需要週期性更新(refresh)?

三星半導體說明,電容電荷會隨時間流失、縮短資料保存時間,因此需週期性更新以維持資料CITE:E4。其原理是電容內的電荷會隨時間短路,使記憶胞維持資料的時間縮短;為避免資料流失,電路必須定期對電容進行更新動作,重新寫入電荷以保住原本的資料CITE:E4。這也是 DRAM 與電容式儲存機制密不可分的特性之一。

DRAM 是揮發性記憶體嗎?為什麼?

三星半導體指出,DRAM 屬於揮發性記憶體,電源關閉後已儲存的資料即遭刪除CITE:E5。這項特性與前述電容儲存機制相互呼應:電容本身無法在斷電狀態下維持電荷,一旦系統電源關閉,原本依靠電荷區分 0 與 1 的資料便隨之消失CITE:E5。

DDR 記憶體技術的世代演進與效能提升為何?

美光科技指出,DDR5 是第五代雙倍資料速率(DDR)記憶體技術CITE:E6。Rambus 說明,DDR4 DIMM 傳輸速率上限為每秒 3.2 GT(gigatransfers per second),對應時脈為 1.6 GHz;初期 DDR5 DIMM 則將頻寬提升 50%,達到每秒 4.8 GTCITE:E7。

表中數字均出自 Rambus 對 DDR4 與初期 DDR5 DIMM 規格的說明CITE:E7。

這代表什麼

將四項事實並列可見一組因果鏈:DRAM 之所以能快速存取,來自一電晶體加一電容的記憶胞結構CITE:E1CITE:E2;但也正因資料以電容電荷形式儲存,電荷會隨時間流失,系統必須週期性更新才能維持資料CITE:E4,且斷電後資料即遭刪除、屬揮發性記憶體CITE:E5。在這個基礎機制不變的前提下,DDR 世代仍持續推進傳輸效能——美光科技說明 DDR5 是第五代 DDR 技術CITE:E6,Rambus 的規格比較顯示,初期 DDR5 DIMM 較 DDR4 DIMM 的 3.2 GT/s 上限提升 50%、達到 4.8 GT/sCITE:E7。也就是說,DRAM 的核心儲存原理(電容儲位元、需 refresh、揮發性)並未隨世代改變,改變的是介面傳輸規格。