7.1. DRAM 기반 메모리 유형 및 저전력 설계

DRAM 기반 메모리 종류 및 특성

DDR(Double Data Rate) DRAM

 

• 메모리 클럭의 상승/하강 엣지 모두에서 데이터를 전송
• 높은 안정성, 확장성 높은 대역폭

 

LPDDR(Low Power Double Data Rate) DRAM

• DDR DRAM의 저전력 버전
• 모바일 기기나 배터리 기반 시스템에서 전력 소모를 줄임

GDDR(Graphics Double Data Rate) DRAM

• GPU에서 고성능 그래픽 및 계산 작업을 처리하기 위해 설계
• 고속 데이터 전송 및 높은 대역폭

 

HBM

• 여러개의 DRAM Die를 수직으로 쌓아 3D 적층 구조로 연결 
• 메모리 프로세서 간 고대역폭 데이터 전송
• TSV를 통한 고대역폭 전송

 

DRAM의 소모 전력 계산

• P(total) = P(dynamic) + P(static)
• 정전용량(C), 동작 전압(V), 동작 주파수(f), 누설전류(I(leakage)
• 동적 전력 P(dynamic) = C * V^2 * f
• 대기 전력 P(static) = I(lekage)* V

 

DRAM 저전력 설계 대표 기법

1) 저전압 동작

• DRAM의 동작 전압을 낮추어 전력 소비를 줄임
• P(dynamic)이 V의 제곱에 비례하여 감소.

2) 셀프 리프레시(Self-Refresh)

• 외부 클럭 없이 스스로 데이터를 리프레시하는 방법
• 대기 상태에서 전력 소모 감소
• LPDDR같은 메모리에서 사용

3) Power-Down 모드

• DRAM이 사용되지 않는 유휴상태에서 특정 기능을 비활성화하여 대기 전력을 줄이는 기법
• 누설 전류로 인한 전력 소모를 줄임.
• partial power-down 모드는 일부 기능만 비활성화하여 대기전력을 줄이는 방식
• Deep power-down 모드는 더 많은 기능에 대한 비활성화를 수행하여 최대한의 전력 소모를 이루는 방식

4)DBI(Data bus inversion)

• DRAM은 DQ pin을 통해 0과 1로 데이터를 전송할 때 전체 데이터에 1의 비율에 따라 전력 소모량이 달라지는 특징이 있는데, 이러한 전력 소모량의 차이를 활용한 저전력 설계 기법
• 데이터에 1이 많은 경우 이를 0으로 반전시켜 전송하여 전력소모를 최소화