Mémoire vive dynamique

Les mémoires vives dynamiques ont connu différentes versions :

• FPM : (de l'anglais Fast Page Mode). Mémoire vive asynchrone utilisée de 25 à 33 Mhz dans les ordinateurs des années 1980. Elle se présentait sous forme de barrettes SIMM 30 (équipant les PC doté de processeurs 286 et 386 SX) et 72 broches (équipant les PC 386DX et au premiers Pentiums). Elle est remplacée par la mémoire EDO^[1].
• EDO : (de l'anglais Extended Data Out). Mémoire vive apparue en 1995 avec les processeurs 486 et Pentium de première génération^[2]. Elle se présentait sous forme de barrettes SIMM 72 broches, et 144 broches en SO-DIMM (pour ordinateurs portables). Les fréquences disponibles étaient 33 et 66 MHz. Cependant, elle a disparu face à la SDRAM plus rapide (vers 1997).
• SDRAM : de l'anglais Synchronous Dynamic RAM. Elle est utilisée comme mémoire principale et vidéo. La transition s'est faite lors du passage du Pentium II au Pentium III. Les différents types de SDRAM se distinguent par leur fréquence de fonctionnement, typiquement 66,100 et 133 MHz. Les barrettes utilisées sont au format DIMM (Dual Inline Memory Module) qui possèdent des puces de mémoire de part et d'autre du circuit imprimé et ont également 84 connecteurs de chaque côté, ce qui les dote d'un total de 168 broches. Elle est obsolète aujourd'hui.
• SGRAM, WRAM, VRAM : de l'anglais Video RAM. Présente dans les cartes graphiques. Elle sert à construire l'image vidéo qui sera envoyée à l'écran d'ordinateur via le convertisseur RAMDAC. Ces puces existent sous deux formes différentes : la GDDRx (Graphical Dual Data Rate X - Mémoire graphique à double débit développé par ATI) et HBM (High Bandwith Memory - Mémoire à grande bande passante).
• Direct Rambus DRAM ou RDRAM : de l'anglais Rambus Dynamic RAM. Développée par la société Rambus, elle souffre notamment d'un prix beaucoup plus élevé que les autres types de mémoires et de brevets trop restrictifs de la part de la société créatrice. Elle est utilisée pour les machines de génération Pentium III et Pentium 4. Toute entreprise désirant construire des barrettes de RAM selon cette technologie doit reverser des droits (royalties) aux sociétés RAMBUS et Intel. Elles sont présentées en barrettes RIMM "RDRAM Inline Memory Module" à deux rangées de contacts. Ces modules RAMBUS ont une encoche de chaque côté comme les DIMM équipées de SDRAM mais ont en tout 184 contacts comme les DIMM - DDR. Les barrettes RIMM sont recouvertes par un boîtier en aluminium qui facilite la dissipation de la chaleur.
• DDR SDRAM : de l'anglais Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM. Utilisée comme mémoire principale et comme mémoire vidéo, elle est synchrone avec l'horloge système mais elle double également la largeur de bande passante en transférant des données deux fois par cycle d'horloge au lieu d'une seule pour la SDRAM. On distingue les DDR PC1600, PC2100, PC2700, PC3200, etc. Le nombre représente la quantité théorique maximale de transfert d'information en Mégaoctets par seconde. Elle s'est généralisée dans les ordinateurs grand public avec les générations Pentium III et Pentium 4 utilisés sur des ordinateurs du début des années 2000. Elle est présentée sous différents supports:
  • les barrettes DIMM de DDR SDRAM ont 184 broches ;
  • les barrettes SO-DIMM avec 200 broches ;
  • les barrettes Micro-DIMM avec 172 broches ;
• DDR2 SDRAM : de l'anglais Double Data Rate two SDRAM. Il s'agit de la 2^e génération de la technologie DDR. Selon la fréquence d'utilisation recommandée on distingue les DDR2-400, 533, 667, 800 et 1066. Le nombre (400, 533, etc.) étant la fréquence de fonctionnement. Certains constructeurs privilégient la technique d'appellation basée sur la quantité de données théoriquement transportables (PC2-4200, PC2-5300, etc.), mais certains semblent retourner à la vitesse réelle de fonctionnement afin de distinguer plus clairement la DDR2 de la génération précédente.
  • Les barrettes DIMM DDR2 SDRAM ont 240 broches.
  • Les barrettes SO-DIMM DDR2-SDRAM 200 broches
  • Les barrettes micro-DIMM DDR2-SDRAM 214 broches
• DDR3 SDRAM : de l'anglais Double Data Rate three SDRAM. Il s'agit de la 3^e génération de la technologie DDR. Les spécifications de cette nouvelle version sont réalisées par JEDEC. Les premiers micro-ordinateurs pouvant utiliser la DDR3 sont arrivés sur le marché fin 2007. La DDR3 fournit un débit deux fois plus important que la DDR2. Début 2014, c'était la technologie la plus communément utilisée dans les ordinateurs grand public pour la mémoire principale.
  • Les barrettes DIMM DDR3 SDRAM ont 240 broches.
  • Les barrettes SO-DIMM DDR3-SDRAM 204 broches
• DDR4 SDRAM : de l'anglais Double Data Rate fourth SDRAM. Il s'agit de la 4^e génération de la technologie DDR. Les spécifications de cette nouvelle version sont réalisées par JEDEC. Les premiers micro-ordinateurs pouvant utiliser la DDR4 sont arrivés sur le marché fin 2014. La DDR4 fournit un débit deux fois plus important que la DDR3.
  • Les barrettes DIMM DDR4-SDRAM ont 288 broches.
  • Les barrettes SO-DIMM DDR4-SDRAM 260 broches
• DDR5 SDRAM : : de l'anglais Double Data Rate fifth SDRAM. Il s'agit de la 5^e génération de la technologie DDR introduite en 2020. La DDR5 commence avec des fréquences à partir de 4800 MHz et peut atteindre plus de 8000 MHz, contre 3200 MHz maximum pour la DDR4. Les boitiers DIMM ont 288 broches, comme la DDR4, mais avec des différences physiques pour éviter les incompatibilités.
• XDR DRAM : de l'anglais XDimm Rambus RAM. Technologie basée sur la technologie Flexio développée par Rambus. Elle permet d'envisager des débits théoriques de 6,4 à 12,8 Gio/s en rafale.

La DRAM est généralement disposée selon un réseau rectangulaire (matrice) de cellules de stockage de charge composé d’un condensateur et d’un transistor par bit de données. La figure de droite montre un exemple simple avec une matrice de cellules quatre par quatre. Certaines matrices DRAM comptent plusieurs milliers de cellules en hauteur et en largeur^[3],[4].

Les longues lignes horizontales reliant chaque rangée sont appelées lignes de mots. Chaque colonne de cellules est composée de deux lignes de bits, chacune connectée à toutes les autres cellules de stockage de la colonne (l’illustration de droite n’inclut pas ce détail important). Elles sont généralement appelées lignes de bits « + » et « - ».

Un amplificateur de détection est essentiellement une paire d’inverseurs croisés entre les lignes de bits. L'entrée du premier inverseur est connectée à la ligne de bits + et sa sortie à la ligne de bits −. L’entrée du deuxième inverseur est connectée à la ligne de bits et sa sortie à la ligne de bits +. Il en résulte une rétroaction positive qui se stabilise une fois qu’une ligne de bits est à la tension la plus élevée possible et que l’autre ligne de bits est à la tension la plus basse possible.

Écriture dans une cellule de stockage

Pour stocker des données, une rangée est ouverte et l’amplificateur de détection d’une colonne donnée est temporairement forcé à l’état haute ou basse tension souhaité, provoquant ainsi la charge ou la décharge du condensateur de la cellule de stockage par la ligne de bits à la valeur souhaitée. En raison de la configuration à rétroaction positive de l’amplificateur de détection, il maintiendra une ligne de bits à une tension stable même après la suppression de la tension de forçage. Lors d’une écriture dans une cellule particulière, toutes les colonnes d’une rangée sont détectées simultanément, tout comme lors de la lecture, de sorte que bien que la charge du condensateur de la cellule de stockage d’une seule colonne soit modifiée, la rangée entière est rafraîchie (réécrite), comme illustré dans la figure de droite^[5].