RAM (Random Access Memory)
La RAM (Random Access Memory) est le matériel d’un appareil informatique où sont conservés le système d’exploitation (OS), les programmes d’application et les données en cours d’utilisation afin qu’ils puissent être rapidement atteints par le processeur de l’appareil. La RAM est la mémoire principale d’un ordinateur. Elle est beaucoup plus rapide à lire et à écrire que d’autres types de stockage, comme un disque dur (HDD), un lecteur à état solide (SSD) ou un lecteur optique.
La mémoire vive est volatile. Cela signifie que les données sont conservées dans la RAM tant que l’ordinateur est allumé, mais qu’elles sont perdues lorsque l’ordinateur est éteint. Lorsque l’ordinateur est redémarré, le système d’exploitation et les autres fichiers sont rechargés dans la RAM, généralement à partir d’un disque dur ou d’un disque SSD.
Fonction de la RAM
En raison de sa volatilité, la RAM ne peut pas stocker de données permanentes. La RAM peut être comparée à la mémoire à court terme d’une personne, et un disque dur à sa mémoire à long terme. La mémoire à court terme est axée sur le travail immédiat, mais elle ne peut garder à l’esprit qu’un nombre limité de faits à un moment donné. Lorsque la mémoire à court terme d’une personne se remplit, elle peut être rafraîchie avec des faits stockés dans la mémoire à long terme du cerveau.
Un ordinateur fonctionne également de cette manière. Si la mémoire vive se remplit, le processeur de l’ordinateur doit se rendre à plusieurs reprises sur le disque dur pour superposer les anciennes données de la mémoire vive aux nouvelles données. Ce processus ralentit le fonctionnement de l’ordinateur.
Le disque dur d’un ordinateur peut devenir complètement plein de données et ne plus pouvoir en prendre, mais la RAM ne manquera pas de mémoire. Cependant, la combinaison de la RAM et de la mémoire de stockage peut être complètement épuisée.
Comment fonctionne la RAM ?
Le terme accès aléatoire appliqué à la RAM vient du fait que l’on peut accéder directement à n’importe quel emplacement de stockage, également appelé n’importe quelle adresse mémoire. À l’origine, le terme de mémoire à accès aléatoire était utilisé pour distinguer la mémoire centrale régulière de la mémoire hors ligne.
La mémoire hors ligne faisait généralement référence à une bande magnétique à partir de laquelle on ne pouvait accéder à un élément de données spécifique qu’en localisant l’adresse de manière séquentielle, en commençant par le début de la bande. La RAM est organisée et contrôlée de manière à permettre le stockage et la récupération de données directement vers et depuis des emplacements spécifiques.
D’autres types de stockage — tels que le disque dur et le CD-ROM — sont également accessibles directement ou de manière aléatoire, mais le terme accès aléatoire n’est pas utilisé pour décrire ces autres types de stockage.
La RAM est similaire dans son concept à un ensemble de boîtes dans lesquelles chaque boîte peut contenir un 0 ou un 1. Chaque boîte a une adresse unique qui est trouvée en comptant à travers les colonnes et en descendant les lignes. Un ensemble de boîtes de RAM est appelé un tableau, et chaque boîte est appelée une cellule.
Pour trouver une cellule spécifique, le contrôleur de RAM envoie l’adresse de la colonne et de la ligne le long d’une fine ligne électrique gravée dans la puce. Chaque ligne et chaque colonne d’une matrice de RAM possède sa propre ligne d’adresse. Toute donnée lue revient sur une ligne de données distincte.
La RAM est physiquement petite et stockée dans des micropuces. Elle est également petite en termes de quantité de données qu’elle peut contenir. Un ordinateur portable typique peut être livré avec 8 gigaoctets de RAM, tandis qu’un disque dur peut contenir 10 téraoctets.
Un disque dur, quant à lui, stocke les données sur la surface magnétisée de ce qui ressemble à un disque vinyle. En revanche, un SSD stocke les données dans des puces mémoire qui, contrairement à la RAM, sont non volatiles. Elles ne dépendent pas d’une alimentation constante et ne perdent pas de données lorsque l’alimentation est coupée. Les micropuces de RAM sont rassemblées dans des modules de mémoire. Ceux-ci se branchent dans les fentes de la carte mère d’un ordinateur. Un bus, ou un ensemble de chemins électriques, est utilisé pour connecter les emplacements de la carte mère au processeur.
La plupart des PC permettent aux utilisateurs d’ajouter des modules de RAM jusqu’à une certaine limite. Le fait d’avoir plus de RAM dans un ordinateur permet de réduire le nombre de fois où le processeur doit lire des données sur le disque dur, une opération qui prend plus de temps que la lecture de données dans la RAM. Le temps d’accès à la RAM est exprimé en nanosecondes, tandis que le temps d’accès à la mémoire de stockage est exprimé en millisecondes.
Combien de RAM faut-il ?
La quantité de RAM nécessaire dépend entièrement de ce que fait l’utilisateur. Lors du montage vidéo, par exemple, il est recommandé qu’un système dispose d’au moins 16 Go de RAM, bien qu’une quantité supérieure soit souhaitable. Pour la retouche photo à l’aide de Photoshop, Adobe recommande un système doté d’au moins 3 Go de RAM pour exécuter Photoshop CC sur un Mac. Cependant, si l’utilisateur travaille avec d’autres applications en même temps, même 8 Go de RAM peuvent ralentir les choses.
Types de RAM
La RAM se présente sous deux formes principales :
- La mémoire vive dynamique (DRAM) constitue la RAM typique d’un appareil informatique et, comme on l’a vu précédemment, elle a besoin de cette alimentation pour conserver les données stockées.
Chaque cellule DRAM a une charge ou une absence de charge maintenue dans un condensateur électrique. Ces données doivent être constamment rafraîchies par une charge électronique toutes les quelques millisecondes pour compenser les fuites du condensateur. Un transistor sert de porte, déterminant si la valeur d’un condensateur peut être lue ou écrite.
- La mémoire vive statique (SRAM) a également besoin d’une alimentation constante pour conserver les données, mais elle n’a pas besoin d’être rafraîchie en permanence comme le fait la DRAM.
Dans la SRAM, au lieu qu’un condensateur retienne la charge, le transistor agit comme un commutateur, une position servant de 1 et l’autre de 0. La RAM statique nécessite plusieurs transistors pour retenir un bit de données, alors que la RAM dynamique ne nécessite qu’un transistor par bit. Par conséquent, les puces SRAM sont beaucoup plus grandes et plus coûteuses qu’une quantité équivalente de DRAM.
Cependant, la SRAM est nettement plus rapide et consomme moins d’énergie que la DRAM. Les différences de prix et de vitesse font que la RAM statique est principalement utilisée en petites quantités comme mémoire cache à l’intérieur du processeur d’un ordinateur.
Histoire de la RAM : RAM vs. SDRAM
La RAM était à l’origine asynchrone car les micropuces de la RAM avaient une vitesse d’horloge différente de celle du processeur de l’ordinateur. Cela posait problème lorsque les processeurs devenaient plus puissants et que la RAM ne pouvait pas suivre les demandes de données du processeur.
Au début des années 1990, les vitesses d’horloge ont été synchronisées avec l’introduction de la RAM dynamique synchrone, ou SDRAM. En synchronisant la mémoire d’un ordinateur avec les entrées du processeur, les ordinateurs ont pu exécuter des tâches plus rapidement.
Cependant, la SDRAM à débit de données unique d’origine (SDRAM) a rapidement atteint sa limite. Aux alentours de l’an 2000, la mémoire vive synchrone à double débit de données (DDR SRAM) a été développée. Celle-ci déplaçait les données deux fois en un seul cycle d’horloge, au début et à la fin.
La SDRAM DDR a évolué trois fois, avec la DDR2, la DDR3 et la DDR4, et chaque itération a apporté des vitesses de débit de données améliorées et une consommation d’énergie réduite. Cependant, chaque version de la DDR a été incompatible avec les précédentes car, à chaque itération, les données sont traitées par lots plus importants.
GDDR SDRAM
La SDRAM à double débit graphique (GDDR) est utilisée dans les cartes graphiques et vidéo. Comme la SDRAM DDR, cette technologie permet de déplacer les données à différents moments du cycle d’horloge du processeur. Cependant, elle fonctionne à des tensions plus élevées et a un timing moins strict que la DDR SDRAM.
Avec des tâches parallèles, comme le rendu vidéo 2D et 3D, des temps d’accès serrés ne sont pas aussi nécessaires, et la GDDR peut permettre les vitesses plus élevées et la bande passante de la mémoire nécessaires aux performances du GPU.
Similaire à la DDR, la GDDR a connu plusieurs générations de développement, chacune offrant plus de performances et une consommation d’énergie plus faible. La GDDR6 est la dernière génération de mémoire graphique.
RAM vs mémoire virtuelle
Un ordinateur peut manquer de mémoire, notamment lorsqu’il exécute plusieurs programmes simultanément. Les systèmes d’exploitation peuvent compenser les insuffisances de la mémoire physique en créant une mémoire virtuelle.
Avec la mémoire virtuelle, les données sont temporairement transférées de la RAM au stockage sur disque, et l’espace d’adressage virtuel est augmenté en utilisant la mémoire active de la RAM et la mémoire inactive d’un disque dur pour former des adresses contiguës qui contiennent une application et ses données. En utilisant la mémoire virtuelle, un système peut charger des programmes plus importants ou plusieurs programmes fonctionnant en même temps, laissant chacun d’eux fonctionner comme s’il disposait d’une mémoire infinie sans avoir à ajouter de la RAM.
La mémoire virtuelle est capable de gérer deux fois plus d’adresses que la RAM. Les instructions et les données d’un programme sont initialement stockées à des adresses virtuelles, et une fois le programme exécuté, ces adresses sont transformées en adresses mémoire réelles.
Un inconvénient de la mémoire virtuelle est qu’elle peut ralentir un ordinateur car les données doivent être mappées entre la mémoire virtuelle et la mémoire physique. Avec la mémoire physique seule, les programmes fonctionnent directement à partir de la RAM.
RAM vs. mémoire flash
La mémoire flash et la RAM sont toutes deux composées de puces à l’état solide. Cependant, elles jouent des rôles différents dans les systèmes informatiques en raison de différences dans leur mode de fabrication, leurs spécifications de performance et leur coût. La mémoire flash est utilisée comme mémoire de stockage. La RAM est utilisée comme mémoire active qui effectue des calculs sur les données extraites du stockage.
Une différence importante entre la RAM et la mémoire flash est que les données doivent être effacées de la mémoire flash NAND par blocs entiers. Cela la rend plus lente que la RAM, où les données peuvent être effacées par bits individuels.
Cependant, la mémoire flash NAND est moins chère que la RAM, et elle est également non volatile. Contrairement à la RAM, elle peut conserver les données même lorsque l’alimentation est coupée. En raison de sa vitesse plus lente, de sa non-volatilité et de son coût inférieur, la flash est souvent utilisée comme mémoire de stockage dans les SSD.
RAM vs ROM
La mémoire morte, ou ROM, est une mémoire informatique contenant des données qui ne peuvent être que lues, et non écrites. La ROM contient la programmation de démarrage qui est utilisée chaque fois qu’un ordinateur est allumé. Elle ne peut généralement pas être modifiée ou reprogrammée.
Les données de la ROM sont non volatiles et ne sont pas perdues lorsque l’ordinateur est éteint. Par conséquent, la mémoire morte est utilisée pour le stockage permanent des données. La mémoire vive, quant à elle, ne peut contenir des données que de manière temporaire. La mémoire morte représente généralement plusieurs mégaoctets de stockage, tandis que la mémoire vive représente plusieurs gigaoctets.
Tendances et orientations futures
La mémoire vive résistive (RRAM ou ReRAM) est un stockage non volatile qui peut modifier la résistance du matériau diélectrique solide dont elle est composée. Les dispositifs ReRAM contiennent un memristor dans lequel la résistance varie lorsque différentes tensions sont appliquées.
La ReRAM crée des lacunes d’oxygène, qui sont des défauts physiques dans une couche de matériau d’oxyde. Ces lacunes représentent deux valeurs dans un système binaire, similaires aux électrons et aux trous d’un semi-conducteur.
LaReRAM présente une vitesse de commutation plus élevée que d’autres technologies de stockage non volatile, telles que la flash NAND. Elle est également prometteuse d’une densité de stockage élevée et d’une consommation d’énergie moindre que la flash NAND. Cela fait de la ReRAM une bonne option pour la mémoire des capteurs utilisés pour les applications industrielles, automobiles et de l’internet des objets.
Les fournisseurs se battent depuis des années pour développer la technologie ReRAM et mettre les puces en production. Quelques fournisseurs en expédient actuellement.
La technologie 3D XPoint, comme l’Optane d’Intel, pourrait éventuellement combler le vide entre la RAM dynamique et la mémoire flash NAND. 3D XPoint a une architecture sans transistor et à points croisés dans laquelle les sélecteurs et les cellules de mémoire se trouvent à l’intersection de fils perpendiculaires. 3D XPoint n’est pas aussi rapide que la DRAM, mais c’est une mémoire non volatile.
En termes de performances et de prix, la technologie 3D XPoint se situe entre la DRAM rapide mais coûteuse et la flash NAND plus lente et moins chère. Au fur et à mesure de son développement, cette technologie pourrait brouiller la distinction entre la RAM et le stockage.
La 5G et le marché de la RAM
En février 2019, la JEDEC Solid State Technology Association a publié la JESD209-5, Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5). La LPDDR5 fonctionnera à terme à un taux d’entrée/sortie de 6400 MT/s, soit 50 % de plus que celui de la première version de la LPDDR4. Cela permettra d’augmenter considérablement la vitesse et l’efficacité de la mémoire pour une variété d’applications. Cela inclut les appareils informatiques mobiles tels que les smartphones, les tablettes et les ordinateurs portables ultrafins.
LPDDR5 a été publiée avec un taux de données de 6400 MT/s, contre 3200 MT/s pour LPDDR4 lors de sa publication en 2014.
En juillet 2019, Samsung Electronics a commencé à produire en masse la première DRAM mobile LPDDR5 de 12 gigabits du secteur. Selon Samsung, elle a été optimisée pour permettre la 5G et les fonctions d’IA dans les futurs smartphones.
Coût de la RAM
À l’été 2019, les prix de la DRAM sont restés déprimés par rapport aux niveaux antérieurs – mais volatils, néanmoins. Un certain nombre de variables ont contribué à cette volatilité, notamment :
- une surabondance d’approvisionnement
- des tensions sur le marché entre la Corée du Sud et le Japon (où se trouvent les deux plus grands fabricants de puces mémoire au monde, Samsung et SK Hynix)
- l’introduction de la puce mobile de prochaine génération, la LPDDR5
- l’adoption accrue de la technologie 5G
- une augmentation anticipée de la demande d’électronique grand public dans l’Internet des objets (IoT), comme les automobiles et les dispositifs portables, qui utilisent les puces
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