DDR SDRAM에 대해 설명해보세요.

DRAM을 만드는 기술을 더욱 발전시켜도 구조의 한계 때문에 속도를 크게 올리기 어렵다는 판단에서 D램을 보다 발전시킨 형태인 SDRAM이 개발되었다. SDRAM에서 개선된 점은 제어 장치 입력을 클록펄스와 동시에 일어나도록 하였다는 점이다. 하지만 산업이 발전하고 고객들이 원하는 성능 요구수준이 높아지면서, SDRAM도 속도의 한계에 부딪치게 되면서 고안된 것이 DDR SDRAM이다. DDR은 Double Data Rate의 약자로, 기존의 Single Data Rate SDRAM에 비해서 두 배의 속도를 낼 수 있다. 펜티엄 4의 시스템 버스 400MHz에 SD램 속도를 높여 맞추려면 어림없다는 말이다. 때문에 클럭(MHz)을 올리기보다는 다른 방법을 써서 속도를 높이는 방법을 연구했다. 그 결과가 DDR SD램이다.

DDR SDRAM과 기존의 SDRAM의 가장 큰 차이는 클럭(Clock)의 양 엣지(상승 엣지와 하강 엣지)에서 데이터를 전송한다는 것이다. 이는 이론적으로 SDRAM의 데이터 전송률을 두 배로 높여 준다. 다만 통상적인 SDRAM과 같이, 어드레스와 명령 동작은 여전히 한 클럭 사이클이 필요하다. 오직 버스트 동작에서만 실제 데이터 전송률이 높아진다.

기능적인 관점에서 보면 DDR 동작은 간단하다. SDRAM 사이클에서 짝수 번째 워드는 클럭의 상승 에지, 그리고 홀수 번째 워드는 하강 에지에 같은 간격으로 사이클 수의 두 배 만큼의 워드가 나오는 것이다. 따라서 같은 속도라도 한 번에 보내는 양이 두 배이기 때문에 클럭을 높인 것과 같은 효과를 본다. 하지만 이론적으로는 두 배지만 실제로 SD램보다 딱 두 배가 나오지는 않는다. 그것은 읽고 쓰라는 명령 방식이 바뀌지 않아서다.

그러나 타이밍과 아날로그 구현의 관점에서 보면 DDR동작은 매우 교묘하다. DDR의 전체적인 목적은 속도를 높이는 것이다. 정확한 타이밍을 유지하기 위하여, DDR SDRAM은 다른 클럭 입력을 사용한다. 서로 간의 타이밍 스큐가 매우 작은 클럭 신호의 상보 버전(비반전과 반전의 쌍) on chip 아날로그 DLL(Delay-Locked Loop)이 이 클럭 신호에 고정되고 이 클럭에 상대적으로 매우 정확한 지연을 가지고 출력 데이터 그리고 입출력 래치 인에이블 등을 포함하여 내부와 외부 신호들을 생성한다.

보드 수준 설계자는 매우 주의 깊게 스큐를 최소화하고 지연의 균형을 맞추어야 하며, DDR SDRAM 사이에 오가는 신호의 길을 최적화하여야 한다. 이러한 모든 작업을 해도, DDR의 동작은 버스트 모드 동작에서만 빠른 데이터 전송이 이루어지므로 이득은 응용에 따라 달라진다.

DDR SDRAM의 가장 큰 특징이 더블 펌핑 데이터 버스라면, DDR2는 2배의 메모리 클록 속도를 사용하기 위해서 I/O(입출력) 버퍼를 사용하였다. 즉, 메모리 클록이 100MHz인 DDR SDRAM의 경우 DDR SDRAM은 최대 1,600MB/s의 전송률을 나타내며, DDR2의 경우 최대 3,200MB/s의 속도를 낼 수 있다. DDR2의 경우 이론적으로는 최대 2배의 속도 향상을 가져왔다.

[DDR5 표준 확정 및 상용화 현황]

반도체 분야의 국제표준화기구인 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)은 2020년 7월 JEDEC의 DDR5 메모리 표준(JESD79-5)을 공식 확정하였다. DDR5는 DDR4 대비 2배 많은 용량과 대역폭을 실현하며 전력 효율도 뛰어나 서버와 클라이언트를 포함한 다양한 컴퓨팅 환경의 핵심 메모리로 자리매김하였다. 전압은 1.2V(DDR4)에서 1.1V로 낮아졌으며, 기본 전송 속도는 4800MT/s에서 시작하여 2024년 기준 최대 8400MT/s의 고속 모듈이 출시되어 있다. 또한 DDR5부터는 모듈 내부에 온다이 ECC(Error Correcting Code) 회로가 내장되어 단일 비트 오류를 자체 수정할 수 있게 되었다. DDR5는 인텔 12세대 플랫폼(Alder Lake, 2021년) 및 AMD Ryzen 7000 시리즈(AM5, 2022년)부터 공식 지원되기 시작하였으며, 2024년 이후 출시되는 PC 및 서버 플랫폼에서 DDR4를 빠르게 대체하고 있다.