So funktioniert DRAM

Revolutionäre Schritte im Speicherdesign bleiben aus. Durch ein bewährtes und über die Jahre verfeinertes Prinzip behauptet sich DRAM aber als Arbeitsspeicher Nr.1. Denn die Zugriffszeiten haben sich von über 100 auf unter 10 ns verkürzt.

IBM stellte am 12. August 1981 seinen ersten PC mit der Bezeichnung Model 5150 mit Intel 8086 Prozessor vor. Er war mit einem 16 KByte großen Arbeitsspeicher ausgestattet. Aufgeteilt war das RAM auf acht einzelne ICs, die eine Kapazität von je 16 KBit hatten. Heute verschwindet diese RAM-Menge von damals schon im L1-Cache des Prozessors. Entsprechend hat sich auch die Kapazität der Speicherbausteine um den Faktor 10.000 vervielfacht. Und ein Ende ist nicht abzusehen: Der 256-MBit-Chip ist schon Realität und in den Labors der großen Speicherhersteller gibt es bereit Erfolgsmeldungen über funktionierende 1-GBit-Chips.

Aber nicht nur die Kapazität sprengt immer neue Grenzen, auch bei der Performance will man ständig in neue Dimensionen vordringen. So stand die technische Entwicklung seit den ersten DRAMs nicht still: Von FPM- und EDO- über SDRAM- bis hin zu modernem Rambus-Speicher beschreiten die Entwickler immer wieder neue Wege, um die schnellen Prozessoren ausreichend mit Daten füttern zu können.

Nur das Grundprinzip der dynamischen Speicher ist bis heute unverändert: Mit hochintegrierten Schaltungen auf Silizium-Basis werden die einzelnen Speicherzellen durch Transistoren und Kondensatorelemente realisiert. Jede Speicherzelle repräsentiert ein einzelnes Bit in Form einer logischen Null oder Eins.

Durch die geringe Anzahl von Bauelementen pro Speicherzelle eignet sich die DRAM-Technologie am besten, um auf wenig Platz eine hohe Kapazität zu erreichen. Der Nachteil des dynamischen RAMs lässt sich aus dem Namen ableiten: Die in den Zellen gespeicherte Information bleibt nur für sehr kurze Zeit erhalten und muss durch aufwendige Mechanismen ständig aufgefrischt werden - zu Lasten der Performance.

Ist höchste Geschwindigkeit gefragt, kommt mit dem statischen RAM ein anderer Speichertyp zum Einsatz. Mit SRAM werden hauptsächlich die schnellen L1- und L2-Caches von Prozessoren aufgebaut. Dieser Speichertyp hält die abgespeicherte Information ohne sie ständig aufzufrischen. Die einfachere und damit schnellere Ablaufsteuerung bringt aber den Nachteil von komplexeren und damit teureren Speicherzellen mit sich. Ist höchste Packungsdichte gefragt, führt nach wie vor nichts an den dynamischen Speichern vorbei.

Eines ist aber beiden Speichertypen gemeinsam: Wird die Spannungsversorgung abgeklemmt, ist die gespeicherte Information unweigerlich verloren.