スタティックRAM (スタティックラム) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

スタティックRAM (スタティックラム) の読み方

日本語表記

スタティックラム (スタティックラム)

英語表記

Static RAM (スタティックラム)

スタティックRAM (スタティックラム) の意味や用語解説

スタティックRAM（SRAM）は、半導体メモリの一種で、電力を供給し続ける限りデータを保持できるという特徴を持つ揮発性メモリである。その名前の「スタティック（Static）」は、データの保持のために周期的な再書き込み、すなわちリフレッシュ動作が不要であることを意味している。これに対し、もう一つの主要な揮発性メモリであるダイナミックRAM（DRAM）は、コンデンサに電荷を蓄えることでデータを保持するため、電荷が自然に放電してしまう前に定期的なリフレッシュが必要となる。スタティックRAMは、DRAMと比較して構造が複雑で集積度が低いものの、その高速なアクセス性能から、主にCPUのキャッシュメモリなど、極めて高い速度が求められる用途で利用される。 スタティックRAMは、フリップフロップと呼ばれる論理回路を基本単位としてデータを保持する。具体的には、1ビットのデータを記憶するために、通常6個のトランジスタで構成されるフリップフロップ回路が用いられる。このフリップフロップ回路は、バイステーブル（二安定）な状態を持つため、一度設定された論理状態（0または1）を、電源が供給されている限り安定して維持することができる。そのため、DRAMのように蓄えられた電荷が漏洩するのを防ぐためのリフレッシュ動作が一切不要となる。データの読み出しや書き込みも、フリップフロップの状態を直接変更するだけで済むため、非常に高速なアクセスが可能である。 DRAMと比較したスタティックRAMの最大の特徴は、その圧倒的な速度性能である。フリップフロップ回路はコンデンサの充放電を待つ必要がなく、トランジスタのスイッチング速度に直接依存するため、DRAMよりもはるかに短いアクセス時間でデータの読み書きが行える。この高速性は、特にCPUが処理するデータを一時的に保持するキャッシュメモリにとって不可欠な要素である。CPUの処理速度に追いつくためには、メインメモリであるDRAMでは遅すぎるため、CPUとDRAMの間にSRAMで構成されたキャッシュメモリを配置し、よく使うデータを高速にアクセスできるようにすることで、システム全体の性能を向上させている。 しかし、スタティックRAMにはいくつかのデメリットも存在する。最も顕著なのは、その集積度の低さとコストの高さである。1ビットのデータを保持するために6個ものトランジスタが必要となるため、同じ面積の半導体チップ上にDRAMよりもはるかに少ない容量しか搭載できない。DRAMが1ビットあたり1個のトランジスタと1個のコンデンサで構成されるのに対し、SRAMの回路は複雑で大きく、結果として製造コストも高くなる傾向にある。このため、大容量のメインメモリとしてはコスト効率が悪く、利用されることはほとんどない。 また、消費電力に関しても、SRAMはDRAMとは異なる特性を持つ。待機時においては、リフレッシュ動作が不要なSRAMは、リフレッシュのために定期的に電力を消費するDRAMよりも消費電力が低い傾向がある。しかし、実際にデータアクセスを行う動作時においては、フリップフロップを構成する多数のトランジスタがスイッチングするため、同じ容量であればDRAMよりも消費電力が大きくなることもある。それでも、リフレッシュが不要であることや、高速アクセスにより短時間で処理を終えられることから、システム全体として見た場合に省電力に貢献するケースも少なくない。 スタティックRAMの主な用途は、前述のCPUキャッシュメモリ（L1、L2、L3キャッシュ）のほか、ルーターやスイッチといったネットワーク機器の高速バッファメモリ、組み込みシステムにおける小容量だが高速なメモリ、そしてCPU内部のレジスタファイルなどである。これらの用途では、コストや集積度よりも、データアクセス速度が最優先されるため、SRAMの特性が最大限に活かされる。 近年では、SRAMもさらなる低消費電力化や、より高速なアクセス性能の実現に向けた研究開発が進められている。特に、モバイルデバイスの普及に伴い、高速性と低消費電力を両立させる技術が強く求められており、SRAMはその重要な要素技術の一つとして、今後も様々な形で進化していくことが期待されている。