[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #28 - DDR의 세대 발전

세대별로 진화한 기억 속도, 더 빠른 두뇌를 향한 도약

핵심요약
DDR(Double Data Rate) 메모리는 단일 클럭에서 데이터 전송 기회를 두 배로 늘려 메모리 병목을 해소한 DRAM 기술의 핵심 진화 계열입니다.
초기 DDR1·DDR2를 거쳐 DDR3에서 본격적인 대중화가 시작되었고, DDR4에서는 병렬성과 대역폭이 크게 향상되었으며, DDR5에서는 모듈 하나가 “듀얼 채널처럼” 동작하는 구조적 혁신까지 더해졌습니다.
CPU와 메모리의 속도를 맞추기 위한 수십 년의 기술 여정이, DDR 세대 발전 그 자체입니다.

DDR 발전 과정

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1. DDR이 왜 필요했는가: “CPU는 더 빨라지는데 메모리는 제자리였다”

컴퓨터 성능을 결정하는 핵심 요소 중 하나가 CPU↔메모리 속도의 균형입니다. 초기 컴퓨터는 CPU의 연산 능력이 매년 빠르게 증가했지만, 메모리의 동작 속도는 그 속도를 따라잡지 못했습니다.

 

당시 SDRAM은

• 클럭 상승 에지에서만 데이터 전송
• 내부 뱅크 구조가 단순
• 병렬성이 낮음

이 한계 때문에, CPU가 명령을 끝내고도 메모리에서 데이터를 받아오기까지 기다리는 시간이 점점 더 길어졌습니다.

이 병목을 해결하기 위한 근본적 발상이 있었습니다.

“클럭 자체를 두 배로 올리는 대신,
클럭 한 번에 두 번 데이터를 전송하면?”

 

이 간단하면서도 혁신적인 개념이 DDR(Double Data Rate)의 시작입니다.

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2. DDR1, DDR2 - 잊힌 초창기 세대

많은 사용자들이 DDR3부터 기억하는 이유는 오늘날 대부분의 PC·서버·노트북이 DDR3 이후 세대를 사용하기 때문입니다. 그러나 DDR 기술의 출발점은 DDR1이며, 그다음이 DDR2입니다.

1) DDR1 - 첫 DDR, 새로운 시대의 문을 열다

• 전압: 2.5V
• 전송 속도: 200~400 MT/s
• SDRAM의 한계를 넘어, 상승/하강 에지 모두 데이터 전송
• 펜티엄 3·4, AMD Athlon에서 활용

DDR1은 “초기 DRAM이 가진 병목을 깨부순 첫 세대”라는 의미가 있습니다.

2) DDR2 - 효율 중심의 확장기

• 전압: 2.5V → 1.8V
• 프리페치 길이 4bit
• 전송속도: 400~1066 MT/s
• 더 큰 대역폭을 위해 내부 회로 재정렬

DDR2는 속도와 전력 효율을 모두 잡으면서
DDR3로 가는 발판을 마련했습니다.

하지만,

1. 오늘날 CPU·메인보드는 DDR1/2를 완전히 지원하지 않음
2. 시스템 시장에서 이미 단종되어 자료가 제한적
3. 현대 아키텍처에 영향을 준 기술 변화는 DDR3 이후부터 본격적

우리는 DDR3~DDR5 중심으로 알아보자.

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3. DDR3 - 대중화와 안정성을 완성한 세대

DDR3는 사실상 “메모리 기술의 전성기”입니다. PC, 노트북, 서버, 모바일(DDR3L)까지 모든 시장에서 폭넓게 쓰였습니다.

DDR3 세대의 기술 특징

• I/O 전압: 1.5V (DDR3L 1.35V)
• 프리페치 8bit
• 전송 속도: 800~2133 MT/s
• 저렴한 제조 단가 + 넓은 호환성
• 높은 안정성

DDR3는 병렬성과 신호 품질 면에서도 이전 세대를 압도하며 사실상의 ‘메모리 표준화’ 시대를 열었습니다.

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4. DDR4 - 병렬성 강화를 통한 실질적 대역폭 확장

DDR4는 단순히 속도만 증가한 세대가 아닙니다. 메모리 구조 내부의 병렬 처리 능력을 크게 확장한 것이 핵심입니다.

DDR4의 특징

• 전압 1.2V
• 전송속도 2133~3200 MT/s
• On-Die Termination → 고속 신호 품질 향상
• Bank Group 구조 등장

Bank Group이 중요한 이유

메모리 내부의 뱅크를 여러 그룹으로 나누면 각 그룹에 동시에 접근 가능해집니다.

 

비유하자면:

DDR3는 도서관 복도 하나에 여러 사람이 줄 서 있는 구조라면
DDR4는 복도가 여러 갈래로 나 있어 사람들이 동시에 책을 가져올 수 있는 구조.

 

이 병렬성 확장 덕분에 CPU가 요구하는 수많은 메모리 요청을 처리할 수 있게 됩니다.

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5. DDR5 - 구조 자체를 재설계한 혁신 세대

DDR5는 메모리 역사에서 가장 큰 구조적 변화를 일으킨 세대입니다.

DDR5의 핵심 변화

• 동작 전압 1.1V
• 전송속도: 4800~8400 MT/s
• DIMM 내부에 PMIC 탑재 (전력 관리 모듈)
• 32bit × 2 채널 = ‘듀얼 채널 DIMM’
• 온라이 ECC로 칩 내부 오류 자동 교정

왜 "듀얼 채널 DIMM"이 혁신인가?

DDR4까지는 DIMM 하나가 64bit 단일 채널이었지만 DDR5는 모듈 내부를 32bit 듀얼 채널로 분리했습니다.

 

이건 마치:

하나의 고속도로에 여러 차선을 두는 것이 아니라,
아예 고속도로 두 개를 동시에 운영하는 것과 같은 구조입니다.

 

이 작은 변화 하나로 실제 체감 성능은 DDR4 대비 큰 폭으로 향상됩니다.

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6. 세대가 바뀔 때마다 달라진 네 가지 기준

DDR1~DDR5의 발전은 다음 네 가지 기준으로 요약할 수 있습니다.

1) 속도 증가

SDRAM → DDR1부터 전송량이 두 배가 되었고, DDR5는 MT/s 기준 SDRAM 대비 20배 이상 발전했습니다.

2) 전력 효율 개선

2.5V → 1.1V까지 하락.
모바일·서버 시장에서 매우 중요한 변화.

3) 병렬성 확장

• DDR3 → 안정성 중심
• DDR4 → Bank Group
• DDR5 → 듀얼 채널 DIMM 병렬성 강화는 실제 대역폭 확장에서 절대적 요소입니다.

4) 신호 품질 기술의 고도화

고속 신호 환경을 지원하기 위해 ODT, PMIC, 온다이 ECC 등의 기술이 등장했습니다.

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7. 사람의 뇌로 비유하자면

DDR 세대의 발전은 인간의 두뇌가 진화하는 과정과 닮았습니다.

• DDR1 → 처음 양손을 쓰기 시작한 단계
• DDR2 → 체력이 생긴 두뇌
• DDR3 → 안정적이고 균형 잡힌 사고 체계
• DDR4 → 여러 신경망이 동시에 활성화되는 시대
• DDR5 → 한 번에 여러 갈래로 병렬 사고가 가능한 초진화 뇌

CPU가 뇌의 생각 속도라면 DDR은 그 생각이 이동하는 신경망입니다.

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8. 요약

DDR 메모리는 SDRAM을 넘어서는 기억 기술의 첫걸음에서 시작해 속도·전력·병렬성·신호 기술을 중심으로 꾸준히 발전해 왔습니다.

특히 DDR3~DDR5는 현대 시스템의 핵심 구성요소이며, CPU의 성능을 온전히 발휘하게 만드는 보이지 않는 주역입니다. DDR5의 구조적 혁신은 앞으로의 메모리 기술 방향을 상징합니다.

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9. 다음 편 예고

다음 글에서는 메모리 버스 폭과 채널 구조는 성능에 어떤 영향을 주는지 알아보자.

 

다음 글 : [컴퓨터 과학] - [하드웨어 뜯어보기] 메모리 #29 - 메모리 채널과 대역폭

[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #29 - 메모리 채널과 대역폭