SRAM 의 구성 및 동작원리

1. SRAM 이란?

SRAM 은 (Static Random Access Memory) 의 약자로, 메모리의 한 종류 입니다. DRAM 대비 더 빠른 속도와 성능을 가지고 있지만 구조가 복잡하다는 단점이 있습니다. refresh 를 해주어야 하는 DRAM 과는 다르게, 전원이 계속 공급되는 동안에는 데이터가 저장됩니다.

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SRAM은 빠른 액세스 속도와 높은 처리량을 제공한다는 장점이 있지만, 비교적 큰 공간을 차지하고 전력 소비가 많다는 단점이 있습니다. 따라서 SRAM은 작은 용량의 고속 메모리로 주로 사용되고 있습니다.

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2. SRAM 의 구조

SRAM 은 크게는 두개의 inverter 와 두개의 PG로 이루어져 있습니다. 두개의 inverter 가 서로 input/output 이 맞물려 있어서 작은 ring oscillator 의 구조를 이루고 있습니다. PG 를 통해 들어간 신호가 ring oscillator 를 순환하면서 저장되어 있는 형식 입니다.

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일반적으로 SRAM은 6 트랜지스터(Six-Transistor, 6T) 셀로 구성됩니다. 이 6T 셀은 하나의 비트를 저장하고 조작하는 데 사용됩니다.

3. 저장 트랜지스터(Storage Transistors)

Ring oscillator 를 구성하고 있는 부분을 저장 트랜지스터 라고 합니다. 두개의 인버터가 서로 연결되어 있는 부분인데, 펼쳐놓고 보면 구조는 생각보다 간단합니다.

한 inverter 의 output 이 다른 inverter 의 output 으로 들어가는 모양입니다. 다만 이렇게 배선을 하면 공간을 너무 많이 차지하고, 이는 성능적으로도 경제적으로도 불리한 모양입니다. 그래서 둘간의 간격을 최대한 붙인 모양이 사용되고 있습니다.

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4.워드라인(Word Line), 비트라인(Bit Line)

이제, 두개의 inverter 사이로 데이터를 read/write 해주는 PG (pull gate) transistor 를 양쪽으로 연결해주면, 우리가 아는 SRAM 의 모양이 됩니다. PG 에 쓰인 transistor 2개와 inverter 에 쓰인 Transistor 4개를 합쳐서 총 6T(Six-Transistor, 6T) 로 구성되어 있습니다.

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여기에서, PG transistor 를 ON 상태로 만들면, SRAM 으로 데이터를 넣어줄 수 있습니다. 즉 SRAM 에 데이터를 쓰게 해주는 라인을 word line 이라고 합니다.

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데이터인 bit 가 이동하는 라인을 bit line 이라고 합니다.

5. Read/Write/Hold

이제 이 SRAM 에 데이터를 읽고 쓰고 저장하는 방식을 알아보겠습니다.

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Write 동작은 간단합니다. Word line 에 전압을 줘서, PG 를 켜줍니다. 그 후 Bit line 에 전압을 걸어주면, SRAM 으로 data 가 들어가게 됩니다. 이때 두 트랜지스터의 input과 output 이 다른 전압을 가지도록 해야 합니다. (한쪽이 1이면 반대쪽이 0)

그 후 Data 를 유지하는 Hold 는, WL 에 걸린 전압을 없애면 (0상태) data 가 저장됩니다.

Data 를 Read 할때는 WL 에 전압을 다시 걸어서 PG 를 켜주고, 두 bit line 간 전압 차이를 확인하는 과정으로 이루어 집니다.