[메모리 반도체 용어] DRAM, 낸드플래시(NAND Flash), DDR(DDR4 DDR5) (차이, 장단점)

반도체 관련 모멘텀 이야기하면서 자주 목격하게 되는 단어들...
더불어 요즘은 더욱 DDR4와 DDR5를 많이들 언급하는데,
대충 5가 더 좋다는 건 알고 있으나 정확히 어떤 차이가 존재하는지는 알기는 쉽지 않다.

 

반도체 메모리의 대표주자격인 디램과 낸드플래시부터 알아보자.

 

DRAM(Dynamic Random Access Memory) vs. NAND Flash

우선 메모리 반도체의 공통적 특징으로는 스위칭 기능과 데이터 저장이 있다.

출처 SK하이닉스

DRAM	NAND Flash
캐패시터가 MOS 트랜지스터(Tr)와 분리되어 있어 집적도는 떨어지지만 스위칭* 속도는 매우 빠름	플로팅 게이트(Floating Gate)의 기여로 집적도를 크게 올릴 수 있지만, 동시에 플로팅 게이트의 영향으로 동작 속도는 떨어짐
전원 OFF 시 데이터 소면 -> 휘발성 메모리	전원 OFF 시 저장된 데이터가 존재 -> 비휘발성 메모리
- PC RAM CPU로부터 전송된 데이터를 임시보관하는 역할 - 스마트폰 LPDDR*	- PC의 SSD나 USB 등에 사용

*스위칭: 창고에서 데이터 집단을 받을 것인지 받지 않을 것인지의 여부를 결정하는 문(door)의 여닫이 역할
*LPDDR(Low Power Double Data Rate) : 스마트폰이나 태블릿과 같은 모바일 기기에 사용되는 저소비전력의 DRAM 메모리

즉, 1) 스위칭 동작 : 디램 > 낸드 플래시  2) 데이터 저장 기간 : 디램 < 낸드 플래시 

 

하지만 단순히 이 두가지만 놓고 뭐가 더 좋다고 말하는 건 어불성설

집적도 측면에서는 낸드플래시가 메모리 디바이스 중 가장 유리하다. 표면적을 차지하는 디바이스의 점유 면적을 상대적으로 가장 작게 할 수 있기 때문인데, 동일 메모리의 저장용량으로 들여다볼 때, 2D 낸드플래시의 구조적인 차이가 디램과 10년 차이를 만들어 내었고, 3D 낸드플래시는 동일 집적도 비교 시 디램과는 15년 차이를 나타낼 것으로 예측된다.

속도 측면에는 낸드플래시는 메모리 디바이스 중에 속도가 가장 느리다. 이는 디램과는 달리 추가적으로 존재하는 게이트인 플로팅 게이트가 있기 때문이다.

즉, 3) 집적도 측면 : 디램 < 낸드 플래시  4) 속도 측면 : 디램 > 낸드 플래시

<요약>
1) 스위칭 동작 : 디램 > 낸드 플래시
2) 데이터 저장 기간 : 디램 < 낸드 플래시
3) 집적도 측면 : 디램 < 낸드 플래시
4) 속도 측면 : 디램 > 낸드 플래시

 

 

DDR(dual data rate) - DDR4, DDR5

DDR(dual data rate/ 이중 데이터 속도) : 메모리에서 데이터를 전송하는 개념

 

출처 GRL

DRAM에 대해서는 앞서 대강의 내용을 정리했으니, 이제 본격적으로 DDR의 차례다.

DDR이란 메모리에서 데이터를 전송하는 개념으로 SDRAM의 일종인데,
CLK의 rising/falling edge에서 모두 데이터를 전송하여 대역폭을 넓힌 DRAM 메모리이다.

 

출처 GRL

위표는 메모리 발전의 역사를 요약해 놓은 거라고 봐도 무방한데,
SDRAM에서 DDR5까지 더 높은 전송 속도와 더 낮은 작동 전압을 중점으로 발전해 왔다.

말인즉슨 전송 속도와 작동 전압이 DDR의 핵심이라는 것이다.

핵심변화

 

• DDR2 -> DDR3
  - DDR2와 그 이전에 사용되었던 T-브랜치를 각 메모리 칩에 명령/주소 및 클럭 신호를 보다 효율적으로 전송할 수 있는 fly-by series로 대체한 DDR3가 도입되면서 이루어짐
• DDR4 -> DDR5
  - CPU 프로세서를 여러 메모리 칩 컨트롤러에 연결하는 "multi-branch" 접근 방식을 사용하여 형성된 메모리 연결이 CPU와 "지점 간" 연결을 설정하는 개별 채널로 대체되었음. 이 직접 채널 접근 방식은 메모리 액세스 효율을 높이고 전력 소비를 줄여 시스템 성능을 향상시킴.

 

DDR4, DDR5 정리

 

DDR4	DDR5
1. 이전 세대에 비해 작동 전압이 1.2V로 낮아졌고 전송 속도는 높아져, 사이클당 4가지의 데이터 속도를 처리 -> 따라서 DDR4는 DDR3에 비해 전력 소비도 적고 속도는 더 빠르며 보다 효율적 2. 뱅크 그룹 도입 -> 뱅크 그룹을 사용 시 각 그룹이 상호 독립적으로 8비트의 데이터를 실행할 수 있으므로, DDR4는 클록 사이클 내에서 여러 개의 데이터 요청을 처리 가능	1. 채널 효율성 향상 및 전력 관리 개선, 성능 최적화를 통해 차세대 멀티 코어 컴퓨팅 시스템을 구현 2. 속도는 DDR4 대역폭의 거의 두 배를 지원  : 더 빠른 속도로 채널 효율성을 저하하지 않고도 메모리 성능을 확장 3. 메모리 표준은 밀도가 더 높은 메모리 스틱이며 시스템에서 더 많은 메모리 용량에 해당
- 비교해 보면, DDR4는 16기가비트의 메모리 칩에서 멈추었지만 DDR5는 최대 64기가비트의 메모리 칩을 제공 - Crucial DDR5 메모리는 출시 시 최대 표준 DDR4 속도의 1.5배인 4,800MT/s로 작동