DRAM Nedir, Ne İşe Yarar?

Bilgisayar dünyası sayısız kelime, terimlerle doludur. Bellek dediğimizde VRAM, DRAM ve hatta NAND gibi birçok bileşen işin içine giriyor. Hepimizin kullandığı bilgisayarlarda en az 1 adet RAM (Random Access Memory) mevcut, buna aşinayız. Peki DRAM (Dynamic Random Access Memory) tam olarak nedir? Ne işe yarıyor? Hepsine beraber bakalım.

DRAM bugün kullandığımız en yaygın RAM türü diyebiliriz. Bilgisayarlarımıza taktığımız RAM DIMM’ler (çift sıralı bellek modülleri) aslında DRAM belleklerdir. Windows PC’ler ve Apple Macintosh aygıtları da dahil olmak üzere masaüstü ve dizüstü bilgisayarlarda bir tür DRAM kullanılmakta. Ayrıca iş istasyonları ve sunucularda da bellekler bulunmak zorunda. Buna ek olarak, DRAM yongaları genellikle üst düzey modeller olmak üzere HDD ve SSD’nin içinde ayrı bir bileşen olarak da bulunabilir.

Micron DRAM

DRAM veya Dinamik Rastgele Erişimli Bellek, bilgisayarınız için verilerin hızlı ve kısa süreli erişim için depolandığı geçici bir bellek bankasıdır. Örneğin bilgisayarınızda bir uygulamayı başlattığınızda, anakartınızdaki işlemci program verilerini depolama aygıtınızdan (SSD/ HDD) alır ve DRAM’e gönderir. DRAM, depolama aygıtlarınızdan (SSD’ler bile) çok daha hızlı olduğu için CPU bu verilere hızlıca erişebilir ve bu da bilgisayarın daha seri çalışmasını sağlar.

DRAM hızı, gecikmesi ve kapasitesi, bilgisayarınızdaki uygulama ve oyunların performansını doğrudan etkiler. Ayrıca işletim sistemindeki çoklu görevlerin çalışma şekli için de oldukça önemlidir. Bu nedenle daha hızlı ve yüksek kapasiteli DRAM önemli. Peki DRAM’i dinamik yapan tam olarak ne?

Genel olarak tüm bellek türlerinde olduğu gibi, DRAM tasarımı gereği geçici bir bellektir. Yani verileri yalnızca kısa bir süre için depolayabilir. Her DRAM hücresi bir transistör ve bir kondansatör kullanılarak oluşturulur ve veriler transistörde saklanır. Transistörler zamanla az miktarda elektrik sızdırma eğilimindedir, bu nedenle kapasitörler deşarj olur ve bu süreçte içlerinde depolanan bilgileri kaybeder. Nitekim DRAM’in depolanan verileri tutmasına yardımcı olmak için her birkaç milisaniyede bir yeni bir elektrik yükü ile yenilenmesi gerekir.

• RAM Nasıl Tasarlanır? Belleklerde Rank Nedir?

Depolama hücreleri tipik olarak dikdörtgen bir konfigürasyonda düzenlenir. Bir sütundan bir yük gönderildiğinde sütundaki transistör etkinleştirilir. DRAM depolama hücreleri dinamiktir, yani kapasitördeki şarj sızıntılarını telafi etmek için her birkaç milisaniyede bir yenilenmesi veya yeni bir elektronik şarj verilmesi gerekir.

DRAM güç erişimini kaybettiğinde (bilgisayarı kapatmak gibi) içinde depolanan tüm veriler de kaybolur. Verilerin sürekli yenilenmesi ihtiyacı DRAM’i dinamik yapan şeydir. SRAM (Statik Rastgele Erişimli Bellek-Static Random Access Memory) gibi statik belleklerin yenilenmesi gerekmez.

Birincil belleğin iki ana sınıflandırması var: DRAM (Dinamik Rastgele Erişimli Bellek) ve SRAM (Statik Rastgele Erişimli Bellek). DRAM’in ne olduğunu ve nasıl çalıştığını öğrendik, pekala SRAM ile karşılaştırıldığında ne gibi farklar var?

SRAM, DRAM tarafından benimsenen transistör ve kapasitör çifti yaklaşımının aksine, veri depolamak için altı transistörlü bir bellek hücresi kullanıyor. Bu bellek türü için tipik olarak CPU’larda önbellek olarak kullanılan bir çip üstü bellek diyebiliriz. DRAM dahil olmak üzere diğer RAM türlerinin çoğundan çok daha hızlı ve güç açısından daha verimlidir. Bununla birlikte, üretimi de önemli ölçüde daha pahalı ve kullanıcı tarafından değiştirilebilir/yükseltilebilir değil. Öte yandan, DRAM genellikle kullanıcı tarafından değiştirilebilir. DRAM ve SRAM arasındaki temel farklara göz atacak olursak:

ADRAM

ADRAM adı verilen Geleneksel DRAM modülleri asenkron veya bağımsız olarak çalışıyordu. Bellek, CPU’dan belirli bilgilere erişmek için bir istek alıyor, ardından bu isteği işliyor ve kullanıcılara erişim sağlıyordu. Sonuç olarak, bellek istekleri tek seferde yalnızca bir kez yerine getirebiliyor ve bu da gecikmelere yol açıyordu.

SDRAM (Synchronous DRAM)

SDRAM veya Senkron DRAM bellek erişimini CPU’nuzun saat hızlarıyla senkronize ederek çalışmakta.. Burada CPU’nuz RAM ile iletişim kurarak hangi veriye ne zaman ihtiyaç duyacağını bildiriyor, böylece RAM veriyi önceden hazır hale getirebiliyor. Nihayetinde ise RAM ve CPU birlikte uyum içinde çalışarak daha hızlı aktarım hızları mümkün hale geliyor.

DDR SDRAM

DDR bildiğiniz üzere Double Data Rate (Çift Veri Oranı) anlamına geliyor. Adından da tahmin edebileceğiniz gibi, Double-Data-Rate SDRAM, SDRAM’in neredeyse iki kat daha fazla bant genişliğine sahip daha hızlı bir versiyonu. CPU saat sinyalinin her iki kenarında da (bir kez yükseldiğinde ve bir kez düştüğünde) işlevleri yerine getirirken, standart SDRAM bunu yalnızca CPU saat sinyali yükseldiğinde yapmakta.

DDR bellekte 2 bitlik bir prefetch buffer (verileri ihtiyaç duyulmadan önce depolayan bir bellek önbelleği) var v bu da önemli ölçüde daha hızlı veri aktarım hızları sağlıyor. Yıllar ilerledikçe yeni nesil DDR SDRAM teknolojileri kullanıma sunuluyor, yoğunlukla birlikte frekans hızları da artıyor.

DDR2 SDRAM

DDR2 bellekler 2003 yılında tanıtıldı ve geliştirilmiş veri yolu sinyali sayesinde DDR’den iki kat daha hızlıydı. DDR bellekle aynı dahili saat hızına sahip olsa da 4 bitlik bir prefetch’e (önbelleğe alma) sahip ve 533 ila 800 MT/s veri aktarım hızlarına ulaşabiliyordu. Ayrıca DDR2 RAM, daha yüksek bellek verimi için çift kanallı yapılandırma (biz oyuncuların yakından bildiği) için çiftler halinde takılabiliyor.

DDR3 SDRAM

DDR3 ilk olarak 2007 yılında ortaya çıktı, prefetch tamponunu iki katına çıkarma (8-bit) ve aktarım hızlarını artırma (800 ile 2133 MT/s) trendini devam ettirdi. DDR3 belleklerin başka bir artısı daha vardı: güç tüketiminde %40 daha iyi verimlilik. DDR 1.8 voltta çalışırken, DDR3 1,35 ila 1,5 volt arasında çalışıyordu. DDR3, daha iyi aktarım hızları ve daha düşük güç tüketimi ile dizüstü bilgisayarlar için müthiş bir seçenek haline geldi.

DDR4 SDRAM

DDR4, 7 yıl sonra daha düşük çalışma voltajları ve DDR3’ten önemli ölçüde daha yüksek aktarım hızları ile piyasaya sürüldü. DDR4 RAM’ler 1.2 voltta ve 2133 ile 5100 MT/s arasında değişen saat hızlarında çalışabiliyordu. DDR4 bildiğiniz gibi günümüzde bilgisayarlarda kullanılan en yaygın DRAM türü, ancak DDR5’in yaygınlaşması da hız kazandı.

DDR5 SDRAM

DDR5 son nesil bellek türü ve ilk olarak 2021 yılında piyasaya çıktı. Güç tüketimi 1.1 volta kadar inebiliyor ve DDR4’e göre ciddi performans artışları sağlandı. DDR5, frekans hızı bakımından DDR4’ün neredeyse iki katı performans sunuyor; ancak daha yüksek gecikme hızlarıyla.

DDR5 ile ilgili en iyi şeylerden biri kanal verimliliği. Çoğu DDR4 modülü tek bir 64 bit kanala sahipti, bu da çift kanallı yapılandırmadan yararlanmak için anakartınızdaki uygun RAM yuvalarına 2 ayrı modül takmanız gerektiği anlamına geliyor. Bildiğiniz gibi çift kanal RAM’ler çok daha iyi performans sunuyor.

• Çift Kanal RAM Neden Daha Performanslı?

Öte yandan DDR5 bellek modülleri iki bağımsız 32 bit kanalla donatılmış olarak geliyor. Yani tek bir DDR5 RAM çubuğu çift kanalda çalışabiliyor.

DDR5 ile ayrıca PMIC adı verilen kendi voltaj düzenleme modüllerine sahip. Önceki nesil DRAM’lerde voltaj düzenlemesinden anakart sorumluydu. DDR5 belleklerin üzerinde ise yerleşik bir entegre devre yer alıyor.

Hata düzeltme kodu anlamına gelen ECC (error correction code) destekli bellekler standart bellek modüllerine kıyasla ekstra bitler içerir. Örneğin standart bir DDR4 modülünün 64 bitlik bir kanalı var, ancak bir DDR4 ECC modülü 72 bitlik bir kanala sahip. Ekstra bitler şifrelenmiş hata düzeltme kodlarını depolamakta. Peki neden ECC’ye ihtiyacımız var?

Hatalar genellikle kendi başlarına oluşmaz, parazitlerden kaynaklanabilir. Elektriksel, manyetik ve hatta kozmik parazit, DRAM bitlerinin kendiliğinden ters duruma geçmesine neden olabilir.

Her bayt 8 bitten oluşur. Örneğin 00100100 adresini ele alalım. Eğer parazit bu bitlerden birinin kendiliğinden değişmesine neden olursa, – 00100101 sonucuna ulaşabiliriz. Bu bitler harfleri temsil ederken, değerlerdeki değişim bozuk ya da bozulmuş veriyle sonuçlanacak. ECC işlevi sürekli olarak bu tür hataları taramak ve düzeltmekle ilgileniyor.

ECC RAM modülündeki ekstra bitler, veri belleğe yazıldığında şifrelenmiş bir hata düzeltme kodu depoluyor. Aynı veri okunduğunda yeni bir ECC oluşturulur. Herhangi bir bitin ters dönüp dönmediğini belirlemek için ikisi karşılaştırılır. Eğer varsa, ECC bunu hızla düzeltir ve böylece veri kaybını veya bozulmasını önler.

• DDR5 Belleklerdeki On-die ECC Nedir, Ne İşe Yarar?

ECC bellekler bulut hizmeti sağlayıcıları ve finans kurumları gibi büyük miktarda veri işleyen işletmeler için çok önemli. iCloud veya Google Drive gibi bulut hizmetlerinin sunucularında veri bozulması meydana geldiğini düşünün. Kullanıcıların fotoğrafları ve belgeleri kalıcı olarak kaybolabilir ki kimse bunu istemez. Bu arada, ECC DDR4 RAM’de isteğe bağlı bir özellikken tüm DDR5 modüllerinde yerleşik ECC bulunmakta.

Mekanik sabit diskler veriri dönen plaka üzerinde depolarken SSD’ler hücrelerle çalışmakta. SSD’lerde veriler doğrudan NAND flash olarak bilinen flash bellek hücrelerine yazılır. Bir SSD’de saklanan tüm veriler, verilerin aşırı okunması ve yazılması nedeniyle tek bir bellek hücresinin yıpranmamasını sağlamak için sürekli olarak bir hücreden diğerine taşınır. Bu sürücünün uzun ömürlülüğünü ve güvenilirliğini artırmak için gerekli bir yöntem, ancak sürekli hareket eden verilerin nerede saklandığını nasıl bilebilirsiniz?

Samsung 980 Pro SSD’deki 2 GB LPDDR4 DRAM çipi.

SSD’ler, tüm verilerinizin sanal bir haritasını tutarak her bir dosyanın nerede depolandığını takip eder. DRAM’sahip olan bir SSD’de bu veri haritası, süper hızlı bir önbellek gibi çalışan DRAM çipinde saklanıyor. Bir dosyayı açmak istediğinizde, bilgisayarınız dosyayı hızlı bir şekilde bulmak için doğrudan SSD üzerindeki DRAM’e erişebiliyor.

DRAM’siz SSD’lerde veri haritası DRAM’den çok daha yavaş olan NAND flash üzerinde saklanmakta. Katı hal sürücüleri her halükârda sabit sürücülerden hızlıdır, ancak DRAM destekli SSD’den biraz daha yavaştır.

RDRAM, 1990’ların ortalarında Rambus, Inc. tarafından DDR SDRAM’e alternatif olarak tanıtıldı. SDRAM gibi senkronize bir bellek arayüzüne ve daha hızlı veri aktarım hızlarına (266 ila 800 MT/s) sahipti. RDRAM esas olarak video oyunları ve GPU’lar için kullanıldı ve Intel bile 2001’de aşamalı olarak kaldırılana kadar kısa bir süre için RDRAM furyasına katıldı. RDRAM’in yerini Sony’nin PlayStation 3 konsolu da dahil olmak üzere çeşitli tüketici cihazlarında kullanılan Rambus’un XDR (Extreme Data Rate) belleği aldı. XDR daha sonra yerini XDR2’ye bıraktı, ancak DDR standardı daha yaygın bir şekilde benimsendiği için bu bellek de unutulmaya yüz tuttu.

Başka bir bellek türü olan, ekran kartları için kritik önem taşıyan VRAM’ler hakkında bilgi edinmek istiyorsanız aşağıdaki makalemize uğrayın:

• VRAM Nedir? Ekran Kartları İçin Bellek Neden Önemli?