DRAM(디램) 이란?

 뉴스나 신문기사들을 보면 반도체 이야기와 함께 꼭 등장하는 단어가 있는데요. 바로 DRAM(디램)입니다. 아마 컴퓨터나 노트북 등을 사실 때 이 DRAM에 대해 들어보신 분들도 있으실 것으로 생각합니다. DRAM은 메모리 반도체를 의미합니다. '우리나라가 반도체 강국이다'라는 말들은 이 DRAM과 다음에 살펴볼 NAND Flash 와 같은 '메모리 반도체' 분야에서 높은 기술력을 갖고 있기 때문입니다. 하지만, 최근 우리나라에서도 비메모리에 더 경쟁력을 갖춰야 한다는 생각에 삼성전자, sk하이닉스, 동부 하이텍 등의 기업들이 비메모리 반도체에 힘을 더 기울이고 있습니다. 이 내용은 나중에 다루기로 하고, 오늘은 DRAM에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.

 

*DRAM이란?

 DRAM이란 휘발성 메모리를 말합니다. 전원을 공급해 주어야 데이터들이 유지되는 메모리입니다. 전원 공급이 중단된다면 데이터들은 날아가는 것이죠. 또한 DRAM을 풀어서 해석하자면 Dynamic Random Access Momory로 ‘동적 임의 접근 기억 장치’입니다. 먼저 아래의 DRAM구조를 보고 용어에 대해 하나하나 설명해 드리겠습니다.

 

DRAM 구조

위의 그림처럼 DRAM의 1개의 cell(셀)은 NMOS 1개와 Capacitor 1개로 이루어져 있습니다. 여기서 셀은 가장 작은 단위라고 생각하시면 됩니다. 1bit의 데이터를 저장하는 공간이죠. DRAM은 Capacitor에 전하를 저장하여 데이터를 저장합니다. 자세한 동작원리는 아래에서 설명드릴게요. 어쨌든 이 Cap에 저장되어있는 전하는 Cap의 특성상 시간이 지나면 저절로 전하가 빠져나가게 됩니다(방전). 전하가 빠져나가게 되면 애써 우리가 저장한 내용이 없어지는 것이니 문제겠죠? 이를 위해 Cap의 전하를 Refresh 해주어야 합니다. 

여기서 Refresh란 다시 전하를 채워주는 것을 뜻합니다. 이러한 이유 때문에 동적(Dynamic)이란 말이 붙게 되었죠. 그리고 Random Access란 임의 접근을 의미하는 말로, 원하는 정보에 내 마음대로(random하게) 접근할 수 있다는 뜻입니다. 자, 데이터가 살고있는(저장되어있는) 집들이 여러 개 있다고 가정해 봅시다. 예를 들어 1번지부터 50번지라고 가정해보죠. Random Access의 의미는 만약 우리가 가고 싶은(데이터를 읽고 쓸) 집이 30번지라 하면 1번지부터 거치지 않고 바로 30번지에 내 마음대로(random하게) 갈 수 있다는 의미입니다.

 *DRAM의 동작원리

 위에서 말씀 드렸듯이, DRAM 1개의 셀은 1개의 NMOS와 1개의 Capacitor로 구성되어있습니다. 1개의 셀에는 1bit의 데이터를 읽고 쓸 수 있다는 뜻이죠. 즉 0 또는 1을 저장할 수 있다는 의미입니다. 그렇다면 어떻게 읽고 쓸까요? 간단하게 생각하시면 됩니다. 

 먼저 쓰기부터 살펴보겠습니다. 자, 우리의 목표는 capacitor에 전하를 충전하는 것입니다. 그러기 위해서는 NMOS의 스위치를 ON시켜야겠죠? OFF상태라면 Drain과 Source사이에 Channel이 형성되어 있지 않으니 Capacitor에 전하를 보낼 수 없습니다. NMOS의 스위치를 ON 시키기 위해서는 Word Line이라고 불리는 배선에 전압을 인가해 주어야 합니다. 그러면 NMOS의 GATE 밑으로 Channel이 형성되겠죠. 자 이제 길은 만들어졌고, 전하를 Cap쪽으로 보내야합니다. 그러기 위해서는 Source(혹은 Drain)쪽에 전압을 인가해 주어야 전하들이 움직일 겁니다. 이러한 전압은 Bit Line이라는 배선을 통해 인가해 주면 됩니다. 자 이게 끝입니다. 매우 간단하고 쉽죠.

다음은 읽기입니다. 데이터를 읽는다는 것은 Cap에 전하가 저장되어 있는지 없는지를 확인하는 것입니다. 전하가 있다면 1을 의미하고, 없다면 0을 의미하는 것이겠죠. 쓰기의 방법과 아주 유사합니다. 먼저 Word Line을 통해 NMOS의 스위치를 열어 주어야합니다. 그 다음 Bit Line에는 0 V(GND)를 인가해 줌으로써 전하가 빠져 나온다면 1이 써져 있었던 것이고, 빠져나오지 않는다면 0이 써져 있었던 것입니다.

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