RAM (ランダム アクセス メモリ)

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RAM (Random Access Memory) は、コンピュータ デバイス内のハードウェアで、オペレーティング システム (OS) やアプリケーション プログラム、現在使用中のデータを保存して、デバイスのプロセッサがすぐにアクセスできるようにするための場所です。 RAMはコンピュータの主記憶装置である。 ハード ディスク ドライブ (HDD)、ソリッド ステート ドライブ (SSD)、光学ドライブなど、他の種類のストレージよりも読み取りと書き込みがはるかに高速です。

ランダム アクセス メモリは揮発性です。つまり、コンピュータの電源が入っている限り、データは RAM に保持されますが、コンピュータの電源が切れると失われます。

RAM の機能

その揮発性により、RAM には永久的なデータを保存することはできません。 RAM は人の短期記憶、ハード ディスク ドライブは人の長期記憶と比較することができます。 短期記憶は、即座の作業に集中しますが、一度に見ることのできる事実の数は限られています。

コンピュータもこのような仕組みになっています。

コンピュータもこのように動作します。RAMが一杯になると、コンピュータのプロセッサは何度もハードディスクにアクセスし、RAMの古いデータに新しいデータを重ね合わせなければなりません。

RAM モジュール

コンピューターのハード ディスクは完全にデータがいっぱいになりこれ以上は無理でも、メモリ不足にならないようにすることが可能です。 しかし、RAM とストレージ メモリの組み合わせは完全に使い切ることができます。

RAM の仕組み

RAM に適用されるランダム アクセスという用語は、任意のストレージ位置、つまり任意のメモリ アドレスに直接アクセスできることに由来しています。

オフライン メモリは、一般に、テープの先頭から順番にアドレスを見つけることによってのみ、特定のデータ部分にアクセスできる磁気テープを指していました。

他のタイプのストレージ (ハード ドライブや CD-ROM など) も直接またはランダムにアクセスされますが、ランダム アクセスという用語はこれらの他のタイプのストレージを説明するために使用されることはありません。

特定のセルを見つけるために、RAM コントローラーは、チップにエッチングされた細い電線を伝って、列と行のアドレスを送信します。

特定のセルを見つけるために、RAM コントローラーは、チップにエッチングされた細い電線に、列と行のアドレスを送信します。

RAMは物理的に小さく、マイクロチップに格納されます。

RAMは物理的に小さく、マイクロチップに格納されます。また、保持できるデータ量も小さいです。

一方、ハード ドライブは、レコードのような磁気を帯びた表面にデータを格納します。

一方、ハードディスクは、レコードのような磁気を帯びた表面にデータを保存します。一方、SSD は、RAM とは異なり、不揮発性のメモリ チップにデータを保存します。 RAMと違って不揮発性なので、電源に依存せず、電源を切ってもデータが消えない。 RAMのマイクロチップは、メモリモジュールにまとめられている。 これをコンピュータのマザーボードにあるスロットに差し込む。

ほとんどの PC は、ユーザーが一定の限度まで RAM モジュールを追加することができます。

ほとんどの PC では、ユーザーが一定の上限まで RAM モジュールを追加できます。コンピュータに RAM を追加すると、プロセッサがハード ディスクからデータを読み取る回数が減り、RAM からデータを読み取るよりも時間がかかります。 RAM のアクセス時間はナノ秒、ストレージ メモリのアクセス時間はミリ秒です。

どのくらいの RAM が必要ですか

必要な RAM の量は、ユーザーが何をしているかにすべて依存します。 たとえば、ビデオ編集を行う場合、システムには少なくとも 16 GB の RAM があることが推奨されますが、より多いほうが望ましいです。 Photoshop を使用して写真を編集する場合、Adobe は Mac で Photoshop CC を実行するために、システムに少なくとも 3GB の RAM を搭載することを推奨しています。 しかし、ユーザーが他のアプリケーションと同時に作業している場合、8GB の RAM でも動作が遅くなることがあります。

RAM の種類

RAM には主に 2 つの形態があります

  • Dynamic Random Access Memory (DRAM) は典型的なコンピューター デバイスの RAM で、前述のとおり、保存データを保持するにはその電源がオンになっていなければなりません。

DRAM の各セルは、電気コンデンサーに電荷または電荷不足が保持されています。 このデータは、キャパシタからの漏れを補償するために、数ミリ秒ごとに電子チャージで常にリフレッシュされる必要があります。

  • SRAM (Static Random Access Memory) もデータを保持するために一定の電力を必要としますが、DRAM のように継続的にリフレッシュする必要はありません。

SRAM では、電荷を保持するコンデンサの代わりに、トランジスタがスイッチとして機能し、一方の位置を 1、もう一方の位置を 0 として扱います。

しかし、SRAM は DRAM よりもかなり高速で、電力消費も少なくなります。

History of RAM: RAM vs. SDRAM

RAM は、RAM マイクロチップがコンピューターのプロセッサと異なるクロック速度を持っていたため、もともとは非同期式でした。

1990年代前半に、同期ダイナミック RAM (SDRAM) の導入により、クロック速度が同期化されました。

1990年初頭、同期ダイナミック RAM (SDRAM) の導入により、クロック速度が同期され、プロセッサからの入力とコンピューターのメモリを同期させることにより、コンピューターはより速くタスクを実行できるようになりました。

しかし、オリジナルの単一データ速度 SDRAM (SDR SDRAM) はすぐに限界に達してしまいました。

しかし、当初のシングルデータレートSDRAM（SDR SDRAM）はすぐに限界に達してしまいました。

DDR SDRAM は、DDR2、DDR3、DDR4 と 3 回進化し、そのたびにデータ スループット速度の向上と電力消費の低減がもたらされました。 しかし、DDR の各バージョンは、反復するたびにデータがより大きなバッチで処理されるため、以前のバージョンと互換性がありません。

各種 DDR フォーマットの画像

GDDR SDRAM

Graphics Double Data Rate (GDDR) SDRAM はグラフィックおよびビデオカードで使用されています。 DDR SDRAM と同様に、このテクノロジーは、CPU クロック サイクルのさまざまなポイントでデータを移動することができます。

2D、3D ビデオ レンダリングなどの並列タスクでは、厳しいアクセス時間はそれほど必要なく、GDDR は GPU パフォーマンスに必要な高速性とメモリ帯域幅を可能にします。

DDRと同様、GDDR は数世代にわたる開発を経て、それぞれがより高性能と低電源効率を実現してきました。

GDDR6 は、最新世代のグラフィックス メモリです。

RAM vs. 仮想メモリ

コンピューターは、特に複数のプログラムを同時に実行すると、メモリ不足に陥る可能性があります。

仮想メモリでは、データは一時的に RAM からディスク ストレージに転送され、RAM のアクティブ メモリと HDD のインアクティブ メモリを使用して仮想アドレス空間が増加し、アプリケーションとそのデータを保持する連続したアドレスが形成されます。

仮想メモリは、RAM の 2 倍のアドレスを処理することができます。

仮想メモリは、RAM の 2 倍のアドレスを扱うことができます。プログラムの命令とデータは、最初は仮想アドレスに格納され、プログラムが実行されると、そのアドレスは実際のメモリ アドレスに変わります。

仮想メモリの欠点として、仮想メモリと物理メモリ間でデータをマッピングする必要があるので、コンピュータが遅くなることが挙げられます。

RAM と フラッシュ メモリ

フラッシュ メモリと RAM はどちらも固体チップで構成されています。 しかし、製造方法、パフォーマンス仕様、およびコストに違いがあるため、コンピューター システムでは異なる役割を担っています。 フラッシュ メモリはストレージ メモリとして使用されます。

RAMとフラッシュ メモリの大きな違いは、NAND フラッシュ メモリからデータをブロックごとに消去する必要があることです。

ただし、NAND フラッシュ メモリは RAM よりも安価であり、不揮発性です。

しかし、NAND フラッシュメモリは RAM よりも安価であり、不揮発性であるため、RAM と異なり、電源を切ってもデータを保持することができます。

RAM vs. ROM

読み取り専用メモリ (ROM) は、読み取りのみ可能で、書き込みはできないデータを含むコンピューター メモリです。 ROM には、コンピュータの電源を入れるたびに使用される起動時のプログラミングが含まれています。

ROM のデータは不揮発性で、コンピューターの電源が切れても失われることはありません。

ROMのデータは不揮発性で、コンピュータの電源を切っても失われません。そのため、読み取り専用メモリはデータの永久保存に使用されます。 一方、ランダムアクセスメモリは、一時的にしかデータを保持することができません。 ROM は一般に数メガバイトのストレージですが、RAM は数ギガバイトです。

傾向と将来の方向

抵抗ランダム アクセス メモリ (RRAM または ReRAM) は、構成する固体誘電体の抵抗を変化させることができる不揮発性のストレージです。

ReRAMデバイスは、異なる電圧が印加されたときに抵抗が変化するメムリスターを含みます。

ReRAMは、酸化物材料の層における物理的欠陥である酸素空孔を作り出します。

ReRAMは、NANDフラッシュなどの他の不揮発性ストレージ技術と比較して、より高いスイッチング速度を持っています。

ReRAMは、NANDフラッシュなどの他の不揮発性ストレージ技術に比べてスイッチング速度が速い。また、NANDフラッシュよりも高いストレージ密度と少ない電力消費が期待されている。

ベンダーは、ReRAM 技術を開発し、チップを生産に移すために何年も奮闘しています。

Intel の Optane などの 3D XPoint テクノロジーは、最終的にダイナミック RAM と NAND フラッシュ メモリの間のギャップを埋めることができます。

Intel Optane などの 3D XPoint テクノロジーは、最終的には、ダイナミック RAM と NAND フラッシュ メモリの間のギャップを埋めることができます。 3D XPointは、DRAMほど高速ではありませんが、不揮発性メモリです。

Intel の 3D XPoint ベースの Optane SSD

パフォーマンスと価格面では、 3D XPoint テクノロジーは速いけれど高価な DRAM と遅くて安価な NAND フラッシュの間に位置づけられます。 この技術が発展すると、RAM とストレージの区別が曖昧になるかもしれません。

5G と RAM 市場

2019年2月に、JEDEC Solid State Technology Association は JESD209-5 「Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5) 」を発表しました。 LPDDR5は最終的に6400MT/sのI/Oレートで動作し、最初のバージョンであるLPDDR4よりも50%高くなる予定である。 これにより、さまざまなアプリケーションでメモリの速度と効率が大幅に向上します。 これには、スマートフォン、タブレット、超薄型ノートブックなどのモバイルコンピューティング機器が含まれます。

LPDDR5は、2014年の発表時のLPDDR4の3200 MT/sに対し、6400 MT/sのデータレートで発表されました。

2019年7月に、サムソン電子は業界初の12ギガビットLPDDR5モバイルDRAMを量産しはじめました。 Samsung によると、将来のスマートフォンで 5G と AI 機能を実現するために最適化されています。

Cost of RAM

2019年の夏までに、DRAM 価格は以前のレベルよりも落ち込んだままでした — しかし、それでも変動が激しくなっています。 変動には、以下のような多くの変数が寄与しています。

  • 供給過剰
  • 韓国と日本（世界最大のメモリ チップ メーカーであるサムスンと SK ハイニックスの本拠地）間の市場の緊張
  • 次世代モバイル チップの導入
  • 。 LPDDR5
  • 5G技術の採用の増加
  • チップを使用する自動車やウェアラブル機器などのIoT（Internet of Things）の家電製品の需要増加が見込まれる

5G技術の採用の増加

  • 5G技術の採用が見込まれる。