▷ 마스크롬 (MASK ROM)

Intel C4001 Mask ROM

제조공정 시에 고객이 원하는 정보를 저장함으로써 모니터 등 OA기기의 문자정보 저장용과 전자게임기의 S/W저장용, 전자악기, 전자사전 등으로 널리 이용되고 있다. 특히 한글 및 한자를 많이 사용하는 동양문화권의 사무자동화기기에 폭넓게 사용되고 있다. 　

마스크롬은 신용카드나 교통카드에도 들어가는 것으로 ROM(Read Only Memory)이라고 하는 이름에서도 알 수 있듯이 한번 쓰고 나면 데이터를 수정할 수 없는 메모리를 말한다.

▷ PROM (Programmable ROM)

16Kb PROM

마스크롬은 제조이후 전혀 기록이 불가능했으나, PROM 이후에는 기록이 가능해졌다. 다만 PROM은 공 CD와 마찬가지로 단 한번 기록이 가능한 ROM이었다. 기록 방식은 퓨즈라는 연결 금속선을 서로 연결시킨 상태로 칩으로 제조한 후, 사용자의 용도에 맞게 퓨즈를 연결 상태로 남겨두거나 끊음으로써 프로그램 된다.

높은 전압을 가했을 때 퓨즈에 흐르는 전류가 어느 특정 값을 초과하게 되어 퓨즈가 끊어지는 특성을 이용한 것이다. 따라서 프로그램이 되면 더 이상 그 내용을 바꿀 수 없게 된다.

▷ EPROM (Erasable PROM)

1998년 당시 512K EPROM의 광고 사진

EPROM은 재기록 가능한 CD와 같이 PROM에서 지우는 기능을 포함시킨 메모리이다. 다만 지우거나 기록하는 데 제약이 많았다. 우선 부분적인 기록이 불가능하고, 메모리 전체를 재기록해야 한다. 재기록을 위해서는 시스템에서 회로를 별도로 꺼내 기록하고 다시 회로를 집적해야 한다.

따라서 EPROM은 최초로 재기록 가능한 ROM이라는 명예만을 지니고 이후에 등장하는 EEPROM에 빠르게 대체되어 나갔다.

▷ EEPROM(Electrically EPROM)

EEPROM 메모리

EPROM의 단점을 개선한 것으로 전기적으로 지울 수 있기 때문에 시스템 회로로부터 별도로 꺼낼 필요가 없으며 부분적인 삭제도 가능하다. 그래서 메모리의 이름이 Electrically(전기적으로) Erasable(지울수 있는) Programmable(프로그램 할 수 있는) ROM이다.  

EEPROM은 전기적인 신호로 정보를 지우거나 기억시킬 수 있는 메모리로서 전원이 꺼져도 정보를 유지할 수 있는 ROM의 특징을 지님과 동시에 단일 5V 전원으로 입출력할 수 있는 RAM의 특징 을 다 가지고 있다. 다만 재기록 가능 회수에 제한이 있는데 약 10만회정도까지만 재기록이 가능하다.

▷ SRAM S램

SRAM Chip

SRAM은 STATIC RAM의 약자다.  SRAM의 하나의 기억소자는 4개의 트랜지스터와 2개의 저항, 또는 6개의 트랜지스터로 구성되어 있다. 이렇게 트랜지스터로 기억소자를 구성하고 있기 때문에 전원이 차단되지 않으면 기록된 데이터가 지워지지 않고 속도가 매우 빠르다. 하지만 회로가 복잡하여 집적도가 낮고, 값이 매우 비싼 단점이 있다. 따라서 SRAM은 빠른 속도의 CPU와 연동되는 캐시 메모리로 주로 사용된다. 때로 모바일 장치나 중대형 이상의 컴퓨터들 (예를 들면 슈퍼 컴퓨터) 같이 고속의 메모리를 요구하는 컴퓨터의 주기억 장치로 사용되기도 한다.   

예전에는 메인보드에 꼽는 형식의 SRAM이 사용되었지만, 요즘에는 칩의 형태로 CPU 안에 위치하는 경우기 많다.

▷ DRAM D램

각종 DRAM 모듈

DRAM은 DYNAMIC RAM의 약자다. 하나의 기억소자는 1개의 트랜지스터와 1개의 캐패시터롤 구성되어 있다. 이처럼 간단한 구성의 메모리이기 때문에 높은 직접도로 메모리를 제작할 수 있고 저비용으로 대용량 메모리를 제작하는데 유리한 점이 많다.

하지만 기억소자로 사용되는 캐패시터롤의 특성상 전원이 공급되고 있는 동안에도 일정한 주기로 다시 기록해주지 않으면 자연히 사라지는 특징을 가지고 있다. 그래서 DRAM은 전력소모가 많은 단점을 가지고 있다. 그러나 플래시 롬에 비해 속도가 매우 빠르고 SRAM에 비해 대용량에 유리하다. 따라서 PC의 메인 메모리에 주로 사용된다.

▷ EDORAM

EDORAM 메모리

비디오 카드에 장착된 EDORAM

EDORAM(Enhanced Data Output RAM)는 기존 DRAM 내부에 데이터 입출력의 향상을 위한 별도의 공간이 마련되어 연속된 메모리 영역을 접근할 경우 그 속도를 높일 수 있는 기술이 적용되어 있다. 보다 발전적 형태를 지녔던 SDRAM보다도 오히려 속도가 빠르다. SDRAM이 등장하고 DRAM의 대세를 장악하기 전 약 20여 년 동안은 EDORAM이 DRAM의 주류를 형상하였고 오늘날까지도 그 특성을 살려 연속된 신호가 많이 처리되는 비디오 메모리로 주로 사용되고 있다.  

EDORAM과 오늘날의 RAM과는 큰 차이점이 있는데, 그것은 바로 CPU의 클럭 스피드와는 별도의 메모리의 클럭 스피드를 가지고 있다는 점이다. 이런 방식을 비동기 방식의 메모리라고 한다. 이 때문에 CPU에서 요청한 데이터가 곧바로 메모리로부터 전달되지 못하고 메모리 처리된 데이터가 완료가 되기 이전까지 CPU가 무작정 기다려야만 하는 병목현상이 발생하는 단점을 가지고 있다. 물론 비동기 방식의 메모리가 무조건 동기방식의 메모리보다 느리다고는 할 수 없지만, CPU의 클럭 스피드와 연동이 되면 CPU와 원활한 정보 교환에 더 유리해 지기 때문에 이후 나타나는 고속화 DRAM들은 모두 CPU와 클럭 스피드가 연동되는 동기 방식을 취하고 있다.

▷ 고속 DRAM (High Speed DRAM)

기존의 메모리들은 CPU의 클럭 스피드와는 별도로 메모리 고유의 클럭을 지니고 있는 비동기 방식의 메모리였다. 고속 DRAM에 와서는 CPU와 동기화된 클럭 스피드를 갖는 메모리로 그 형태가 변하게 된다.

고속 DRAM의 첫 번째 메모리가 바로 Syncronous DRAM의 약자인 SDRAM이다. 이후 고속화되는 CPU와 연동을 위해서 메모리는 점차 고속의 클럭을 지원하도록 발전한다. 이를 가능하게 발전한 메모리가 DDR RAM, RDRAM, DDR-II RAM 등이다.

▷ SDRAM (Synchronous DRAM)

메모리 외형은 완전히 동일하지만 메모리의 동작 클럭이 각기 다르다.

SDRAM은 말그대로 동기화 DRAM으로 컴퓨터의 버스 클럭에 동기화 되어 동작하는 램을 말한다. SDRAM은 2000년 이후까지도 일반적인 PC에 메인 메모리로 이용되는 가장 일반적인 메모리를 말한다.

SDRAM은 기존의 EDORAM이 가지고 있었던 고속 CPU에서 심각한 병목현상의 문제를 해결하기 위해, 시스템 클럭에 동기화 시킬 수 있도록 만들어 고속의 처리를 가능하게 한 것이다. SDRAM은 시스템 클럭과 동기화되어 작동하기 때문에 시스템의 클럭이 향상됨에 따라 메모리 클럭도 향상되었다. 이에 따라 SDRAM은 PC66(66MHz), PC100(100MHz), PC133(133MHz)으로 클럭 스피드에 따라 그 종류가 결정된다. 하지만 이는 메모리 내부의 클럭 스피드가 다를 뿐 이들 종류에 따른 SDRAM의 외형은 완전히 동일하다.

SDRAM의 또 하나의 특징은 대량생산에 특화되었다는 점이다. 32MB SDRAM을 시작으로 점차 직접도가 증가하여 DDRRAM이 대세로 잡기 직전까지에는 SDRAM　방식의 512MB RAM도 유통 되었다. 하지만 보다 고속의 CPU가 등장함에 따라서 SDRAM의 메모리 구조상 이들 CPU와 동기를 이루지 못하고 SDRAM 이후의 메모리에게 그 왕좌자리를 내주게 된다.

▷ RDRAM

삼성 RDRAM

RDRAM과 terminator

미국의 RAMBUS사에서 만든 RAM으로 상용화된 메모리 중 가장 고성능의 메모리였지만 현재 PC분야의 메인메모리 중에서는 거의 사용하지 않는다. 한때 인텔의 적극적인 지지로 DRAM중 주도적인 메모리로 성장하리라 예상했지만 값이 높고, 짝수로 맞춰줘야 하고, 빈 뱅크에는 터미네이터로 막아줘야 하는 등 사용상의 불편함 때문에 사용자로부터 외면 받았다. 하지만 RDRAM 램버스 채널을 이용하여 데이터를 입출력 하도록 함으로써 현존하는 메모리 중 가장 빠른 속도를 낼 수 있다.

실제로 RDRAM의 클럭 스피드는 400MHz를 갖는데, 한 번의 클럭으로 두 개의 데이터를 처리할 수 있는 구조를 가지고 있기 때문에 800MHz의 클럭 스피드를 갖는 셈이 된다.

RDRAM은 한 클럭단 16bit의 데이터를 처리할 수 있어, RDRAM 하나가 1.6 GB/s의 대역폭을 나타내지만, RDRAM은 짝수개로 병열로만 배열할 수 있는 구조로 되어 있어 실제 메인보드 내에서 RDRAM이 장착되어 구현될 수 있는 대역폭은 3.2 GB/s 이다. 이는 RDRAM이 시장에 처음 도입될 당시에 CPU가 구현할 수 있는 대역폭과 완전히 일치하는 것이었고, 당시 SDRAM의 대역폭이 800MB/s 였던 것을 감안하면 그 RDAM의 속도와 대역폭이 얼마나 획기적인 것이었는지 실감할 수 있다.

▷ DR, DDR-II RAM

DDR 메모리

DDR-II 메모리

DDR-SDRAM은 말그대로 DRAM의 동기화 클럭 1번에 2개의 데이터를 처리하는 램을 말한다. 기존의 SDRAM은 하나의 클럭에 하나의 데이터만 처리할 수 있었는데, SDRAM의 구조와 인터페이스를 그대로 두고 하나의 클럭에 2개의 데이터를 처리하게 함으로써 SDRAM의 성능을 두 배 향상 시킬 수 있게 만든 것이 DDR RAM이다.

DDR이 출시될 당시에 출시된 RDRAM이 높은 메모리 성능을 구현하지만, 기존 메모리 구조와는 완전히 다른 구조를 지니고 있고 가격도 매우 높다. 그래서 기존 SDRAM의 생산 라인을 그대로 유지시키면서 메모리의 성능을 높이려는 노력으로 탄생한 것이 DDR SDRAM이다. DDRRAM은 기존에 사용하던 SDRAM의 기술을 그대로 사용하기 때문에 가격적으로 RDRAM에 비해 훨씬 낮게 유지할 수 있었다.

DDR 메모리는 기존 SD PC 133 메모리를 기반으로 두고 DDR 266 메모리를 시작으로 메모리 클럭 속도를 점차 향상 시켜 DDR 333, DDR 400 메모리 까지 나와 있는 상태다.

하지만 DDR 메모리 역시 기존의 SD 메모리에 기반을 두고 있기 때문에 클럭 스피드를 좀 더 향상시키기 위해서는 새로운 타입의 메모리 구조가 필요했는데 이것이 DDR-II 메모리 이다.

SD 메모리와 DDR 메모리와  DDR-II 메모리는 핀의 모양으로 구분할 수 있다.

클럭과 대역폭

- 클럭
램을 동작시키기 위해 메인보드에서 발생하는 일정한 주기 신호를 말한다. 예를 들어 DDR PC3200 (400MHz) SDRAM을 장착하면 메인보드는 램을 동작하기 위해 초당 2억번(200MHz)의 주기 신호를 발생시킨다. 마찬가지로 DDR PC2100(266MHz)는 메인보드에서 133MHz의 신호를 발생시킨다.

- 대역폭
한번의 클럭 신호를 통해서 처리할 수 있는 용량을 말한다. SDRAM이나 DDR RAM의 경우에는 8bit 씩 8개의 칩에서 병열로 처리하기 때문에 한번의 주기 신호로 총 8Byte의 데이터를 처리할 수 있다. 즉, DDR 400의 경우에 대역폭은 400MHz ?8 Byte = 3200MB가 된다.

일반적으로 메모리에 이름을 붙일 때 클럭으로 이름을 붙이기도 하고 대역폭으로 붙이기도 한다. DDR 400의 경우 400MHz의 클럭 스피드를 메모리의 이름으로 표현한 것이고 같은 메모리를 PC3200이라고 부르기도 하는데 이는 DDR 400메모리가 구현할 수 있는 최대 대역폭인 3200MB를 이름으로 사용한 것이 된다.

- 듀얼 메모리
메모리와 마찬가지로 CPU와 메인보드에도 클럭 스피드가 있는데, 이를 FSB라고 표시한다. 최신의 펜티엄 4의 경우에는 FSB800로 초당 800MHz의 주기신호를 보낼 수 있는데, 이 때문에 CPU에서 지원하는 대역폭은 6.4GB가 된다.

이는 DDR 400에서 지원하는 대역폭 3.2Gb의 두 배가 되는 대역폭으로 CPU에서 요구하는 데이터의 양과 메모리에서 수용할 수 있는 데이터 양에 차이가 생겨 병목현상이 발생한다. 이렇게 CPU와 메모리간의 대역폭 차이를 해소하기 위해서 메모리 2개를 병열로 나열해 대역폭을 늘리는 기술이 바로 듀얼채널 기술이다. DDR400을 듀얼채널로 구성하게 되면 한 번의 주기신호 동안에 두 개의 메모리가 동시에 8byte씩 16 byte의 일을 처리하는 셈이 된다. 그래서 대역폭은 CPU가 지원하는 최대 대역폭인 6.4Gb와 맞아떨어지게 된다. 이렇게 듀얼채널을 구성하게 되면 CPU에서 지원 가능한 최대 대역폭을 모두 사용할 수 있게 되어 시스템의 성능을 한층 끌어 올릴 수 있게 된다.

< 플레시 메모리의 종류별 특징 >

종류

NAND

NOR

구조

셀이 직열로 연결
CODE 저장형 메모리

셀이 병렬로 연결
DATA 저장형 메모리

특징

제조단가가 싸고 대용량

데이터 처리속도가 빠름, 안성성 우수

이용

USB드라이브, 메모리 카드에 이용

핸드폰, 셋톱박스용 칩에 이용

주도업체

삼성전자가 주도

인텔이 주도

구분

PRAM

FRAM

MRAM

동작원리

특정 물질의 상변화

강유전체의 분극특성

전극의 자화 방향

장점

비휘발성, 고속, 고집적화

비휘발성, 고속, 저전력

비휘발성, 고속, 내구성

단점

쓰기 시간

내구성 취약

상대적 고비용

▷ PRAM

pram 메모리

차세대 메모리 가운데 가장 먼저 상용화 제품이 개발된 것은 FRAM이다. 하지만 현재 가장 빠르게 기술이 발전하고 있고 시장 가능성도 가장 높게 보고 있는 차세대 메모리는 단연 PRAM이다.

PRAM은 상전이 물질을 이용해 메모리 반도체를 구성한 RAM을 말하는데, 전류를 가함에 따라서 물질의 내부 구조가 가해준 전류의 크기에 따라 변화하는 물질을 이용한다.

즉 전류의 크기에 따라 반도체 물질은 저항이 약한 고체가 되기도 하고 저항이 강한 액체가 되기도 하는데 이를 이용하여 데이터를 저장하는 것이다. 실제로 PRAM에 사용하는 물질이 액화가 일어나지는 안지만, 전류의 크기에 따라서 결정과 비결정 상태가 변화하는 물질인 게르마늄 안티몬 텔룰라이드(GST; Ge2Sb2Te5)를 사용해 각각의 상태에 따라 0과 1을 표시한다.

PRAM은 차세대 메모리 반도체 중에 가장 큰 용량의 제품이 개발되어있는데, 삼성 전자가 64Mb 제품을 세계최초로 개발한데 이어 최근 세계 최대 용량의 256Mb P램을 개발해 내  PRAM 분야의 기술개발 속도를 실감케 했다.  

▷ FRAM

fram 메모리

FRAM은 강유전체라는 물질의 성질을 이용하는 메모리 반도체이다. 강유전체란 자연 상태에서 전기편극을 갖고 있는 물질로 전기장을 가하지 않아도 자발적으로 전기편극이 있는 물질을 말하는데 이런 물질에는 플럼범 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO)이 주로 쓰인다. 쉽게 말해 한쪽 면은 플러스(+), 다른 쪽 면은 마이너스(-)의 고유성질을 가진 강유전체 물질에 전극을 가하면, 양극단의 플러스와 마이너스의 전기적 성질과 반대되는 마이너스와 플러스 전극이 형성되고, 바뀐 성질은 전극을 떼더라도 그대로 유지된다. 강유전체에 전극을 가하지 않았을 때를 `0(강유전체 + - 상태)' 으로 전극을 가했을 때는 `1(강유전체 - + 상태)'로 인식하는 형태로 데이터를 저장하게 된다. 사실상 FRAM은 강유전체가 커패시터 역할을 한다는 점만 다를 뿐 그 구조와 동작 원리가 D램과 거의 동일하다.

F램은 가장 먼저 시장에 상품으로 모습을 드러낸 차세대 메모리 반도체이다. 이미 지난 1995년 미국의 램트론사가 64Kb 제품을 처음 상용화하였다. 이후 램트론으로 부터 F램 제조기술을 라이선스 받아 삼성전자를 비롯하여, 일본의 후지쯔, 도시바, 롬, 히다찌와 미국의 TI, 독일의 인피니온 등 제품 개발에 나서고 있다. 현재 FRAM을 주메모리로 사용하는데  DRAM공정과 설계기술, 그리고 재료개발기술 등에 필적할 정도가 아니기 때문에 주로 IC 카드와 같은 내장형 기억소자에 응용하기 위한 연구개발이 주종을 이루고 있으면 생산 과정 까지 발전했다. 일본의 로흠사과 미국의 램트론사는 이미 PZT 박막을 이용한 64Kb와 256Kb 메모리를 생산 중이다. 윈도우 98용 Plug & Play기능을 대체할 수 있는 인터페이스 IC를 위한 메모리 소자를 개발하고 있다. 그리고 넥사과 시멘트릭사는 멀티미디어를 위한 MB급 강유전체 메모리를 연구하고 있으며, 매츠시다사와 모토로라사는 전자화페용 비접촉식 IC 개발을 공동으로 추진하고 있다. 그리고 이외에도 미국의 라콘사는 일본의 로흠사, 후지쯔사, 히다치사와 제휴하여 주메모리 분야보다는 FRAM을 이용한 RF-IC 카드 연구개발을 활발히 추진하고 있다.

특히 램트론사는 FRAM에 관련된 세계시장을 독점하고 있는 상황으로 현재까지 256Kb 이하의 제품을 전력량계 등에 들어가는 메모리로 공급하고 있다. 시제품으로 32Mb 제품을 개발한 상태이다. 우리나라의 삼성전자도 지난 99년 4Mb F램을 개발한데 이어 지난 2002년 32Mb 제품을 개발해 램트론사와 경쟁 선상에 서 있다.

▷ MRAM

MRAM 메모리

앞서 언급한 제품들은 모두 전류의 크기나 방향을 이용해 정보를 기록하는 메모리 반도체이다. 하지만 MRAM은 전류가 아닌 자기장을 이용하여 데이터를 저장한다. M램은 강자성체 물질로 만드는 데 강자성체는 자기장을 걸면 자기장의 방향으로 강하게 자화되고, 자기장을 제거해도 자화가 남아 있는 물질이다. N의 자성을 가진 것을 ‘1’, S의 자성을 가진 것을 ‘0’ 등으로 표시해 데이터를 저장한다.  

PRAM과 FRAM은 각각 삼성전자나 램트론사 등 일부의 기업들만이 제품 생산 및 기술 개발을 하고 있다. 하지만 MRAM의 경우에는 기술개발에 뛰어든 업체가 가장 많은 차세대 메모리 반도체이다. 인피니언과 IBM이 공동으로 세계 최대용량의 M램인 16Mb 제품을 발표한바 있고, 모토로라도 4Mb 제품을 선보이고 있다. 여기에 대만의 파운드리업체인 TSMC가 대만 3개 대학과 공동으로 MRAM 개발에 착수한 상태이다. 일본의 도시바와 넥 등도 MRAM 반도체 개발 연구에 한창이다. 다만 MRAM은 차세대 메모리 3총사 중에 가장 집적도가 떨어진다는 단점을 안고 있다.