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DRAM vs SRAM : les principales différences

La DRAM stocke chaque bit sous forme de charge sur un minuscule condensateur : elle est donc dense et bon marché, mais doit être rafraîchie. La SRAM stocke chaque bit dans un verrou (latch) formé de transistors : elle est donc plus rapide et ne nécessite aucun rafraîchissement, mais occupe beaucoup plus de surface par bit. C'est pourquoi les ordinateurs utilisent la DRAM pour la mémoire principale de grande capacité et la SRAM pour les caches petits et rapides.

CritèreDRAMSRAM
Élément de mémorisationUn transistor et un condensateur (1T1C). Le bit correspond à la présence ou à l'absence de charge sur le condensateurGénéralement six transistors (6T) : deux inverseurs croisés formant un latch, plus deux transistors d'accès
RafraîchissementNécessaire. La charge fuit, si bien que chaque ligne doit être lue et réécrite périodiquement (typiquement en moins de 64 ms)Inutile. Le latch conserve ses données tant que l'alimentation est présente
Sans alimentationLes données sont perdues (volatile)Les données sont perdues (volatile)
Surface par bitFaible (une cellule occupe environ 6F², F étant la taille minimale de motif)Grande (au moins un ordre de grandeur de plus que la DRAM)
VitessePlus lente. Une ligne doit être activée puis préchargée, de sorte qu'un accès prend plusieurs dizaines de nanosecondesRapide. La SRAM intégrée sur la puce est accessible en environ une nanoseconde, soit quelques cycles d'horloge
Coût par bitFaibleÉlevé (en raison de la surface plus grande)
Consommation en veilleRafraîchissement nécessaire même au repos (réduit par les modes d'auto-rafraîchissement)Pas de rafraîchissement, mais les fuites des transistors s'additionnent dans une grande matrice
FabricationUtilise des structures de condensateur profondes et des diélectriques high-k, et est fabriquée dans des usines dédiées aux mémoiresRéalisée dans un procédé CMOS logique standard, elle peut donc se trouver sur la même puce que le processeur
Capacité typiqueDe quelques à plusieurs dizaines de gigabits par puceDe quelques kilooctets à plusieurs dizaines de mégaoctets par niveau de cache dans un processeur typique
Usages typiquesMémoire principale (DDR, LPDDR) et mémoire graphique (GDDR, HBM)Caches de CPU et de GPU, bancs de registres et petits tampons sur puce

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

DRAM
Lorsqu'il faut beaucoup de mémoire à faible coût par bit et qu'une certaine latence est acceptable : mémoire principale des PC, des serveurs et des smartphones, et mémoire graphique des GPU.
SRAM
Lorsque la vitesse prime et que la capacité peut rester faible : caches de CPU, bancs de registres et petits tampons où l'on ne veut pas de circuit de rafraîchissement.
Ensemble
Les ordinateurs réels utilisent les deux. Un cache SRAM rapide conserve les données fréquemment utilisées et masque la latence de la DRAM, plus lente.

Questions fréquentes

La SRAM est-elle plus rapide que la DRAM ?

Oui. La SRAM conserve chaque bit dans un latch de transistors, si bien que la SRAM sur puce est accessible en environ une nanoseconde. La DRAM doit d'abord activer une ligne et demande plusieurs dizaines de nanosecondes, c'est pourquoi la SRAM est utilisée pour les caches de CPU.

Pourquoi la DRAM est-elle moins chère que la SRAM ?

Une cellule DRAM ne nécessite qu'un transistor et un condensateur, alors qu'une cellule SRAM nécessite généralement six transistors. La cellule plus petite loge beaucoup plus de bits sur la même surface de silicium, ce qui réduit le coût par bit.

Pourquoi la DRAM a-t-elle besoin d'être rafraîchie ?

Le condensateur d'une cellule DRAM perd lentement sa charge, si bien que les données doivent être lues et réécrites périodiquement, typiquement en moins de 64 ms. La SRAM conserve sa valeur tant que l'alimentation est présente et n'a donc pas besoin de rafraîchissement.

La DRAM ou la SRAM est-elle non volatile ?

Aucune des deux. Toutes deux perdent leurs données lorsque l'alimentation est coupée. Les mémoires non volatiles comme la flash, la MRAM et la ReRAM conservent leurs données sans alimentation.

Vérifier vos connaissances

Quelle caractéristique de la DRAM par rapport à la SRAM est correcte ?

  1. APlus rapide que la SRAM et sans besoin de rafraîchissement
  2. BCellule petite et faible coût par bit, mais rafraîchissement nécessaire
  3. CConserve les données hors tension
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Réponse : B. Cellule petite et faible coût par bit, mais rafraîchissement nécessaire

La DRAM, avec sa petite cellule 1T1C (environ 6F²), atteint une densité environ 20 fois supérieure à la SRAM 6T (environ 120 à 150F²), d'où un coût par bit plus faible. En revanche, elle exige un rafraîchissement et l'accès, avec l'activation de rangée notamment, prend plusieurs dizaines de ns, plus lent que la SRAM (environ 1 ns). On utilise donc la DRAM comme mémoire principale et la SRAM comme cache du processeur, formant une hiérarchie mémoire qui combine leurs atouts.

Quelle est la constitution correcte d'une cellule mémoire 1 bit d'une DRAM courante ?

  1. AUn transistor et un condensateur
  2. BSix transistors
  3. CUn transistor à grille flottante
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Réponse : A. Un transistor et un condensateur

Une cellule DRAM se compose d'un transistor et d'un condensateur (1T1C) et mémorise 1 bit selon la présence ou l'absence de charge dans le condensateur. Le condensateur est minuscule, environ 10 fF, et 0 et 1 se distinguent par une différence de seulement quelques dizaines de milliers d'électrons. Le faible nombre de composants donne une surface de cellule réduite, environ 6F², propice aux grandes capacités. Six transistors constituent la cellule SRAM, et le transistor à grille flottante celle de la mémoire flash.

Pourquoi une opération de rafraîchissement périodique est-elle nécessaire dans une DRAM ?

  1. APour augmenter la vitesse de lecture
  2. BParce que le nombre d'écritures est limité
  3. CParce que la charge stockée dans le condensateur se perd progressivement par courant de fuite
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Réponse : C. Parce que la charge stockée dans le condensateur se perd progressivement par courant de fuite

La charge du condensateur se perd peu à peu par fuite sous le seuil et fuite de jonction du transistor de cellule. Le rafraîchissement lit et réécrit les données avant qu'elles ne deviennent indiscernables ; selon la norme, toutes les rangées sont normalement parcourues en 64 ms. Pendant le rafraîchissement, la banque concernée est inaccessible et de l'énergie est consommée ; la charge augmente avec la capacité. La limite du nombre d'écritures est une caractéristique de la mémoire flash.

  1. Quelle structure d'une cellule SRAM classique à 6 transistors est correcte ?
  2. Quelle propriété de la SRAM est correcte ?
  3. Quel est l'usage principal le plus approprié de la SRAM ?

Questions d'entraînement sur DRAM

Termes clés expliqués

Cellule 1T1C
Cellule mémoire de DRAM qui stocke 1 bit avec un transistor et un condensateur. La présence ou l'absence de charge dans le condensateur représente 0 ou 1.
Cellule SRAM 6T
Cellule mémoire de SRAM composée de deux inverseurs croisés (4 transistors) et de deux transistors d'accès.
Rafraîchissement (refresh)
Opération qui lit puis réécrit périodiquement les données d'une DRAM avant que la charge des condensateurs ne soit perdue par fuite.
Mémoire cache
Mémoire rapide de faible capacité placée près du CPU. Elle conserve les données fréquemment utilisées pour compenser l'écart de vitesse avec la mémoire principale. Réalisée principalement en SRAM.

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