DRAM vs. SRAM: Die wichtigsten Unterschiede erklärt

DRAM speichert jedes Bit als Ladung auf einem winzigen Kondensator. Dadurch ist er dicht gepackt und günstig, muss aber aufgefrischt werden. SRAM speichert jedes Bit in einem aus Transistoren aufgebauten Latch. Er ist schneller und braucht keinen Refresh, benötigt aber deutlich mehr Fläche pro Bit. Deshalb verwenden Computer DRAM für den großen Hauptspeicher und SRAM für kleine, schnelle Caches.

Aspekt	DRAM	SRAM
Speicherelement	Ein Transistor und ein Kondensator (1T1C). Das Bit ist das Vorhandensein oder Fehlen von Ladung auf dem Kondensator	Meist sechs Transistoren (6T): zwei kreuzgekoppelte Inverter, die ein Latch bilden, plus zwei Zugriffstransistoren
Refresh	Erforderlich. Die Ladung fließt ab, daher muss jede Zeile periodisch gelesen und neu geschrieben werden (typischerweise innerhalb von 64 ms)	Nicht erforderlich. Das Latch hält seine Daten, solange Spannung anliegt
Ohne Spannung	Daten gehen verloren (flüchtig)	Daten gehen verloren (flüchtig)
Fläche pro Bit	Klein (eine Zelle hat etwa 6F², wobei F die minimale Strukturgröße ist)	Groß (eine Größenordnung oder mehr als bei DRAM)
Geschwindigkeit	Langsamer. Eine Zeile muss aktiviert und später vorgeladen (Precharge) werden, daher dauert ein Zugriff einige zehn Nanosekunden	Schnell. Auf On-Chip-SRAM kann in etwa einer Nanosekunde zugegriffen werden, also in wenigen Taktzyklen
Kosten pro Bit	Niedrig	Hoch (wegen der größeren Fläche)
Standby-Leistung	Benötigt Refresh auch im Leerlauf (verringert durch Self-Refresh-Modi)	Kein Refresh, aber der Leckstrom der Transistoren in einem großen Array summiert sich
Fertigung	Nutzt tiefe Kondensatorstrukturen und High-k-Dielektrika und wird in speziellen Speicherfabriken hergestellt	Wird in einem Standard-Logik-CMOS-Prozess gefertigt und kann daher auf demselben Chip wie der Prozessor sitzen
Typische Kapazität	Einige bis mehrere zehn Gigabit pro Chip	Kilobytes bis zu einigen zehn Megabytes pro Cache-Ebene in einem typischen Prozessor
Typische Einsatzgebiete	Hauptspeicher (DDR, LPDDR) und Grafikspeicher (GDDR, HBM)	CPU- und GPU-Caches, Registerdateien und kleine On-Chip-Puffer

Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welches einsetzen

DRAM: Wenn Sie viel Speicher zu niedrigen Kosten pro Bit brauchen und etwas Latenz verkraften können: Hauptspeicher in PCs, Servern und Smartphones sowie Grafikspeicher für GPUs.
SRAM: Wenn Geschwindigkeit am wichtigsten ist und die Kapazität klein sein darf: CPU-Caches, Registerdateien und kleine Puffer, bei denen keine Refresh-Schaltung gewünscht ist.
Zusammen: Reale Computer nutzen beide. Ein schneller SRAM-Cache hält häufig benutzte Daten bereit und verbirgt die Latenz des langsameren DRAM.

FAQ

Ist SRAM schneller als DRAM?

Ja. SRAM hält jedes Bit in einem Latch aus Transistoren, sodass auf On-Chip-SRAM in etwa einer Nanosekunde zugegriffen werden kann. DRAM muss zuerst eine Zeile aktivieren und braucht einige zehn Nanosekunden, weshalb SRAM für CPU-Caches verwendet wird.

Warum ist DRAM günstiger als SRAM?

Eine DRAM-Zelle braucht nur einen Transistor und einen Kondensator, eine SRAM-Zelle dagegen meist sechs Transistoren. Die kleinere Zelle bringt weit mehr Bits auf derselben Siliziumfläche unter, was die Kosten pro Bit senkt.

Warum braucht DRAM einen Refresh?

Der Kondensator einer DRAM-Zelle verliert langsam seine Ladung, daher müssen die Daten periodisch gelesen und neu geschrieben werden, typischerweise innerhalb von 64 ms. SRAM behält seinen Wert, solange Spannung anliegt, und braucht daher keinen Refresh.

Ist DRAM oder SRAM nichtflüchtig?

Keiner von beiden. Beide verlieren ihre Daten, wenn die Spannung wegfällt. Nichtflüchtige Speicher wie Flash, MRAM und ReRAM behalten ihre Daten auch ohne Spannung.

Wichtige Begriffe erklärt

1T1C-Zelle: Die DRAM-Speicherzelle, die ein Bit mit einem Transistor und einem Kondensator speichert. Vorhandensein oder Fehlen von Ladung im Kondensator steht für 0 oder 1.
6T-SRAM-Zelle: Die SRAM-Speicherzelle aus zwei kreuzgekoppelten Invertern (vier Transistoren) und zwei Zugriffstransistoren.
Auffrischen (Refresh): Das periodische Auslesen und Zurückschreiben von DRAM-Daten, bevor die Ladung in den Kondensatoren durch Leckströme verloren geht.
Cache-Speicher: Schneller, kleiner Speicher in der Nähe der CPU. Er hält häufig genutzte Daten vor, um den Geschwindigkeitsunterschied zum Hauptspeicher zu überbrücken. Meist aus SRAM aufgebaut.