RAM(Random Access Memory, 랜덤 액세스 메모리)은 현대 컴퓨터에서 가장 중요한 부품 중 하나입니다. 컴퓨터의 CPU(중앙처리장치)가 작업을 수행하려면 데이터와 명령어가 반드시 필요한데, 이 정보를 저장해 두는 공간이 바로 '컴퓨터 메모리'입니다.
RAM에는 여러 종류가 있으며, 각각 장단점이 뚜렷합니다. CPU 자체에도 아주 소량의 메모리가 내장되어 있는데, 이를 'CPU 캐시'라고 부릅니다. 캐시는 놀라울 정도로 빠르고 사실상 CPU의 일부지만, 가격이 매우 비싸기 때문에 컴퓨터의 주 메모리로 사용하기에는 적합하지 않습니다.
그래서 등장하는 것이 바로 RAM입니다. RAM은 실리콘 칩 형태로 만들어지며, 메모리 버스에 연결되어 사용됩니다. 참고로 CPU 내부의 캐시 메모리도 넓은 의미에서는 RAM의 일종이지만, 일반적으로 RAM이라고 하면 CPU 외부에 장착된 메모리 칩을 가리킵니다.
메모리 버스란 CPU와 RAM 사이에서 정보를 주고받기 위한 전용 회선을 말합니다. 운영체제는 훨씬 느린 하드디스크(HDD)나 SSD에서 정보를 미리 읽어 와 CPU가 필요로 할 때 바로 사용할 수 있도록 준비해 둡니다. 예를 들어 게임이 '로딩' 중일 때는 하드디스크에서 RAM으로 데이터가 옮겨지고 있는 것입니다.
쉽게 비유하자면, 책상 위를 RAM으로, 서랍을 하드디스크로 생각할 수 있습니다. 여러분 자신은 CPU라고 상상해 보세요. 책상 위에 올려둔 물건은 빠르게 꺼내 쓸 수 있지만, 공간이 제한적이기 때문에 필요에 따라 서랍과 책상 사이에서 물건을 계속 옮겨야 합니다.
컴퓨터, 스마트폰, 게임 콘솔 등 오늘날 사용되는 거의 모든 컴퓨팅 기기에는 어떤 형태로든 RAM이 탑재되어 있습니다. 이번 글에서는 대표적인 RAM 유형들을 하나씩 살펴보고, 각각의 작동 방식과 용도를 알아보겠습니다.
- SRAM
- DRAM
- SDRAM
- SDR RAM
- DDR SDRAM
- GDDR
- HBM
낯선 용어들이 어렵게 느껴지더라도 걱정하지 마세요. 지금부터 하나씩 차근차근 설명해 드리겠습니다.
SRAM – 정적 랜덤 액세스 메모리
RAM의 두 가지 기본 유형 중 하나인 SRAM은 별도의 '새로 고침(refresh)' 없이도 현재 저장하고 있는 정보를 계속 유지할 수 있다는 점이 특징입니다. 전원이 공급되는 한, 데이터는 그대로 보존됩니다.
SRAM은 4~6개의 트랜지스터로 구성되어 있으며, 그 특성 덕분에 매우 빠른 속도를 자랑합니다. 다만 구조가 복잡하고 가격이 비싼 편이라, 주로 CPU 내부의 초고속 캐시 메모리로 활용됩니다.
또한 데이터가 빠르게 이동해야 하지만 병목 현상이 발생할 수 있는 곳에도 소량의 SRAM이 캐시로 사용됩니다. 하드디스크의 버퍼(buffer)가 대표적인 예입니다. 데이터를 많이 주고받아야 하는 장치라면, 그 전송을 원활하게 돕기 위해 SRAM이 들어가 있다고 보면 됩니다.
DRAM – 동적 랜덤 액세스 메모리
DRAM은 SRAM과 함께 널리 쓰이는 또 다른 RAM 설계 방식입니다. DRAM은 트랜지스터와 커패시터(capacitor)로 구성되며, 각 메모리 셀을 주기적으로 새로 고치지 않으면 저장된 내용이 사라집니다. 이 때문에 '정적인(static)' SRAM과 달리 '동적인(dynamic)'이라는 이름이 붙었습니다.
DRAM은 SRAM보다는 느리지만, 하드디스크 같은 보조 저장장치보다는 훨씬 빠릅니다. 무엇보다 SRAM에 비해 가격이 저렴하기 때문에, 일반적으로 컴퓨터에는 여러 기가바이트(GB) 용량의 DRAM이 주 메모리로 탑재됩니다.
SDRAM – 동기식 동적 랜덤 액세스 메모리
SDRAM을 SRAM과 DRAM의 혼합이라고 오해하는 분들이 종종 있는데, 사실이 아닙니다. SDRAM은 CPU 클럭과 동기화된(synchronized) DRAM을 의미합니다.
SDRAM 모듈은 CPU의 신호에 맞춰 데이터 입력 요청에 응답합니다. 이러한 동기 방식과 뱅크(bank) 단위의 메모리 구성 덕분에 CPU는 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있어 전체 성능이 크게 향상됩니다.
SDRAM은 오늘날 대부분의 컴퓨터에 사용되는 주 메모리의 기본 형태이며, SDR SDRAM(Single Data Rate SDRAM)이라고도 불립니다. 현대 컴퓨터의 메모리와 근본적으로는 같은 방식이지만, 초기의 SDR 형태 자체는 이미 구식이 되어 다음에 소개할 DDR 방식으로 대체되었습니다.
DDR SDRAM – 배륩 데이터 전송률 동기식 메모리
먼저 알아두어야 할 것은 DDR 메모리에는 여러 세대가 존재한다는 점입니다. 초창기 세대(지금은 DDR1이라고 부름)는 클럭 사이클의 상승 구간과 하강 구간 양쪽에서 읽기·쓰기 작업을 수행함으로써 기존 SDRAM 대비 두 배의 속도를 실현했습니다.
이후 DDR2, DDR3, 그리고 현재의 DDR4까지 세대를 거듭하며 성능이 비약적으로 발전했습니다. 이런 메모리 모듈의 성능은 초당 메가전송(Mega Transfers per Second, MT/s) 단위로 측정되는데, 1메가전송은 사실상 백만 번의 클럭 사이클에 해당합니다. 첫 세대 DDR 칩의 최대 속도가 400MT/s였다면, 최신 DDR4는 무려 3200MT/s에 도달했습니다!
GDDR SDRAM – 그래픽용 배륩 데이터 전송률 메모리
GDDR은 현재 6세대까지 발전했으며, 거의 예외 없이 그래픽 카드나 게임 콘솔의 GPU(그래픽 처리 장치)에 연결되어 사용됩니다. GDDR은 일반 DDR과 연관이 있지만, 그래픽 작업에 맞춰 설계된 메모리입니다. 낮은 지연 시간(latency)보다는 대용량의 폭넓은 대역폭(bandwidth)을 우선시하는 것이 특징입니다.
즉, GDDR은 일반 SDRAM만큼 즉각적으로 빠르게 반응하지는 않지만, 한 번에 더 많은 데이터를 이동시킬 수 있습니다. 수 기가바이트에 달하는 텍스처 데이터를 스트리밍하며 화면을 렌더링해야 하는 그래픽 작업에서는 미세한 지연이 큰 문제가 되지 않으므로, 이러한 특성이 그래픽 용도에 딱 맞습니다.
이름과 달리 GDDR은 일반 시스템 메모리로도 사용 가능합니다. 대표적인 예로 플레이스테이션 4(PS4)는 단일 GDDR 메모리 풀을 사용하며, 개발자가 필요에 따라 CPU와 GPU에 용량을 자유롭게 배분할 수 있도록 설계되어 있습니다.
HBM – 고대역폭 메모리
HBM(High Bandwidth Memory)은 GDDR의 강력한 경쟁자입니다. AMD가 제작한 일부 그래픽 카드에 탑재된 바 있으며, 현재 최신 버전은 HBM2입니다. 다만 HBM이 GDDR을 완전히 대체할지, 아니면 사라질지는 아직 불확실합니다.
메모리 성능의 핵심은 주어진 시간 동안 얼마나 많은 데이터를 이동시킬 수 있느냐입니다. 이를 위해 메모리 자체를 아주 빠르게 만드는 방법이 있고, 또 하나의 방법은 데이터가 흐르는 '파이프'를 더 넓게 만드는 것입니다.
HBM은 GDDR보다 낮은 클럭 주파수로 동작하지만, 독특한 3D 스택(chip stacking) 설계를 통해 데이터가 흐르는 물리적 경로를 극도로 넓게 확보하고 신호가 이동해야 하는 거리도 크게 줄였습니다. 그 결과 GDDR과 비슷한 수준의 총 대역폭을 확보하면서도 지연 시간은 더 짧은 메모리 솔루션이 탄생했습니다.
HBM의 문제점은 제조 과정이 복잡하고, 물리적 설계 특성상 GDDR로는 쉽게 구현할 수 있는 대용량화가 아직 어렵다는 것입니다. 이러한 한계가 극복된다면 GDDR을 대체할 가능성도 있지만, 반드시 그렇게 될 것이라고 장담할 수는 없습니다.
RAM, 컴퓨터 성능의 숨은 열쇠
RAM이 모든 컴퓨터의 필수 부품이라는 점은 이제 누구나 인정할 것입니다. 문제는 RAM에 이상이 생기면 원인 파악이 쉽지 않다는 점입니다. 사소한 데이터 비트 하나가 어긋나는 것만으로도 시스템이 미묘하게 불안정해지거나, 원인을 알 수 없는 충돌이 반복될 수 있습니다. 따라서 설명하기 어려운 안정성 문제가 발생한다면, 항상 RAM 이상 여부부터 점검해 보는 것이 좋습니다.
언젠가 RAM을 대체하는 새로운 기술이 등장할지도 모르지만, 당분간 RAM은 컴퓨터 성능을 좌우하는 핵심 요소로 남을 것입니다. 그렇기 때문에 지금부터라도 RAM에 대해 잘 알아두는 것이 분명 도움이 될 것입니다.