Verdict結論
DRAM與SRAM最大的差異在於「記憶原理與是否需要刷新」。DRAM是在電容中儲存電荷的1T1C結構,需要以數十ms的週期刷新,延遲約50~100ns,但1個單元面積小、積體度高且成本低,因此用於主記憶體。SRAM以6個電晶體構成的正反器保存資料,不需要刷新,速度高達0.3~1ns,但單元面積大、成本高,因此用於CPU快取。
主要差異
| 比較項目 | DRAM | SRAM |
|---|---|---|
| 記憶原理 | 在電容中儲存電荷(1T1C結構) | 6電晶體(6T)正反器 |
| 刷新 | 需要(以數十ms的週期重新寫入電荷) | 不需要(只要有電源即可保存資料) |
| 存取速度(延遲) | 約50~100ns(DDR5的實效值也約60ns) | 約0.3~1ns(L1快取為0.3~0.5ns) |
| 積體度(位元密度) | 高(1單元=1T1C,面積小) | 低(1位元=6T,單元面積大) |
| 位元成本 | 低(大量生產使$/GB單價下降) | 高(DRAM的50~100倍以上) |
| 功耗 | 有刷新功耗,待機時也會消耗電力 | 運作時速度快,但閒置時的靜態功耗也大 |
| 主要用途 | PC主記憶體、智慧型手機RAM、顯示卡VRAM | CPU快取(L1/L2/L3)、SRAM嵌入式緩衝區、暫存器檔案 |
| 代表產品 | DDR5、LPDDR5、HBM3、GDDR7 | SRAM IP(安謀、新思科技等)、獨立式SRAM(Cypress、ISSI) |
CPU快取階層與SRAM的關係
現代CPU具有L1快取(32~64KB)、L2快取(256KB~1MB)、L3快取(數MB~數百MB)的階層,全部由SRAM構成。L1可在每個CPU核心1個週期內(0.3~0.5ns)存取,比DRAM(約100ns)快200倍以上。蘋果的M3晶片在L3快取搭載多達24MB的SRAM,藉由降低主記憶體的存取頻率,實現M1的電源效率。
HBM瞄準DRAM與SRAM之間的定位
HBM(高頻寬記憶體)是將DRAM晶片堆疊,並在矽中介層上與GPU/AI晶片近距離連接,使DRAM頻寬接近SRAM水準的技術。HBM3E每1個堆疊可實現1.2TB/s的頻寬,緩解大規模LLM推論的瓶頸。不過其成本為DDR5的20~30倍以上,並非量產通用品,而是作為AI加速器專用記憶體使用。
常見問題
為什麼SRAM不用於主記憶體?
SRAM的成本是DRAM的50~100倍。若以SRAM製作8GB的主記憶體,費用將高達數十萬日圓以上,並不實際。此外,大容量SRAM的漏電流所造成的功耗也是問題。因此SRAM僅限於速度優先於成本的CPU快取用途。
嵌入式SRAM(eSRAM)是什麼?
eSRAM(embedded SRAM)是內建於SoC或FPGA晶片中的SRAM區塊。無需存取外部記憶體即可進行極高速的資料讀寫,用於即時控制、影像處理緩衝區及AI權重快取。微軟Xbox SoC所使用的eSRAM相當有名,以32MB的eSRAM彌補外部記憶體頻寬的不足。
有不需要像DRAM那樣刷新的記憶體嗎?
有。除了SRAM之外,MRAM、ReRAM、PCM等新興非揮發性記憶體也不需要刷新。這些記憶體具備介於DRAM與SRAM之間的特性,作為「Storage Class Memory(SCM)」在資料中心用途上的研究與商用化持續推進中。
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