お使いのコンピューターには、おそらく 2 種類の RAM クラス メモリがあります。 RAM と呼ばれるのは、システム メモリまたはシステム RAM の 1 つだけです。 このクラスの RAM は DRAM と呼ばれます。 このクラスでは、DRAM が統合された SSD を使用することもできます。 グラフィックカードの VRAM も DRAM のサブセットです。 実際の CPU には異なるタイプの RAM があり、GPU 自体が死んでしまいます。 SRAM はオンダイ キャッシュに使用されます。
SRAMは高速です。 ただし、1平方センチメートルあたりのギガバイト数という点では特に密度が高くないため、価格が高くなります. DRAM は低速です。 ただし、ストレージ密度がはるかに高く、はるかに安価です。 このため、SRAM はプロセッサ ダイ上で高速メモリとして少量使用され、DRAM は上記のような大規模なメモリ プールに使用されます。
SRAM と DRAM の違いは、実際の構造で明らかです。 SRAM は 4 ～ 6 個のトランジスタを使用しますが、DRAM は単一のトランジスタとコンデンサを使用します。 これが、ストレージ密度の比較の出番です。 DRAM の部品数が単純に少なくなり、各メモリ セルが小さくなります。
デザインの違いには別の効果がありますが、1つは2つの名目上の命名要因になるのに十分な大きさです. SRAM の S は Static を表し、DRAM の D は Dynamic を表します。 これは、SRAM がその内容を無期限に保持できることを表していますが、DRAM は定期的にリフレッシュする必要があります。
ノート： これは、安定した電源が利用できることを前提としています。 SRAM は依然として揮発性メモリであり、電力が失われると保持しているデータが失われます。 まるでDRAMのようです。
メモリーリフレッシュとは？
DRAM の回路レベルのアーキテクチャは、メモリ セルの電荷が時間とともに減衰することを意味します。 DRAM がデータを長期間保存できるようにするには、各メモリ セルを定期的にリフレッシュする必要があります。 これについて知っておくべき重要なことがいくつかあります。 1 つ目は、リフレッシュ中はメモリにアクセスできないことです。 これは、DRAM セルのリフレッシュが必要な頻度によってパフォーマンスが制限される可能性があることも意味します。
通常、DRAM セルは 64 ミリ秒ごとにリフレッシュされますが、これは高温では半分になります。 セルの各行は個別に更新され、これが一度に発生するのを防ぎ、64 ミリ秒ごとに重大な問題が発生します。
メモリコントローラは、RAMモジュールが読み取りデータの送信など、メモリの読み取りまたは書き込みを妨げる他のことを実行している間に、リフレッシュサイクルが発生するように巧みに調整します。 ありがたいことに、セルの更新に必要な時間は短く、通常は 75 または 120 ナノ秒です。 これは、DRAM チップがその時間の約 0.4% から 5% をリフレッシュ操作の実行に費やすことを意味します。
DRAM をリフレッシュする方法
DRAM からのデータの読み取りについて知らないかもしれないことは、それが破壊的であるということです。 メモリセルからデータを読み取ると、そのデータが破壊されます。 これをユーザーから隠すために、プリチャージと呼ばれるアクションで、すべての読み取り操作でデータを読み取って送信し、同じデータをメモリ セルに書き戻します。 残念ながら、標準の読み取りイベントは、使用されているすべての DRAM 行にヒットすることに依存できないため、特定のリフレッシュ操作が必要です。
更新操作はそれほど複雑ではありません。 実際、行内の特定の列を読み取るのではなく、行全体を一度に更新しようとするため、行を更新する信号も小さくなり、より効率的になります。 リフレッシュ プロセスでは、データがセンス アンプに読み込まれ、比較的低速の出力バッファではなく、セルに直接戻されます。
これはすべて自動的に行われます。 メモリ コントローラは、CPU に認識されることなくすべてを管理します。
外れ値
DRAM の電荷は減衰しますが、調査によると、その速度は DRAM セル間で大きく異なり、1 つのチップ上でも大きく異なります。 上位パーセント程度は、標準温度で更新する必要なく、最大 50 秒間データを保持できる場合があります。 90% は 10 秒間、99% は 3 秒間、99.9% は 1 秒間データを保存できます。
残念ながら、一部の外れ値はより頻繁に更新する必要があります。 最悪のシナリオにも対応できるように、DRAM のリフレッシュ時間は短く設定されています。 この選択により、データが失われることはありませんが、電力使用量とパフォーマンスにも影響します。
一部の研究者は、RAM セルを分析およびビニングする別の方法を提案しており、減衰時間の優れたものを使用することを好みます。 これにより、電力使用量が改善され、特に低電力のバッテリ駆動のデバイスで役立ちます。 ただし、RAM パフォーマンスのレベルが変動することにもなります。
さらに、温度に基づく減衰時間の変化を考慮する必要があります。 さらに悪いことに、一部のセルでは電荷保持性能が時々失われます。 多すぎると、正常であると推定されるメモリ セルが不良になり、定期的なリビニングが必要になる場合があります。
結論
リフレッシュ サイクルは、メモリ セルがリフレッシュされる DRAM モジュール内のプロセスです。 これは、DRAM の回路設計によって電荷が減衰するため必要です。 メモリ セルを定期的にリフレッシュすることで、データの損失を防ぎます。 SRAM は、その回路設計によって電荷が流出しないため、リフレッシュする必要はありません。
ノート： 更新サイクルは、ユーザーまたは組織のハードウェアの定期的な更新を指す場合もあります。