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自作PC「メモリー関連用語一覧」のご紹介

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自作PC「メモリー関連用語一覧」のご紹介

自作PC「メモリー関連用語一覧」をご紹介します。

用語 アルファベット
かな
CASレイテンシ C
DDR SDRAM D
DDR2 SDRAM D
DDR3 SDRAM D
DDR4 SDRAM D
DIMM D
DRDRAM D
ECC E
ECC Chip Kill E
eDRAM E
JEDEC J
NVMHCI 1.0 N
PAE P
RAM R
Registered(Buffered) /
Unregistered(Unbuffered)
R
RIMM R
SDRAM DIMM S
SO-DIMM S
SPD S
Toggle DDR T
UMA U
アドレス空間
クアッドチャンネル
デュアルチャンネル
トリプルチャンネル
物理メモリ/物理アドレス
メモリ
ランク
ランダムアクセス
レイテンシ

CASレイテンシ/CASLatencyキャスレイテンシ

DIMM(DualIn-lineMemoryModule)のスペックなどに記載されているメモリのタイミング値の一つで、アドレスを与えてからデータの入出力が可能になるまでの遅延時間。CLとも呼ばれています。

メモリアクセスの仕組み
メインメモリに使われているDRAMは、行(Row)と列(Column)からなる格子状のセルとして扱われ、最初に行アドレスを指定して1行分を呼び出し、次に列アドレスを指定して特定のメモリセルにアクセスします。
行アドレスを伝える信号をRAS(RowAddressStrobe)、列アドレスを伝える信号をCAS(ColumnAddressStrobe)と言い、CLはこのCASを出力してから、実際にセルに入出力できるようになるまでのクロック数を指し、「CL=2」、「CL=3」というように表記されます。

DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM)

クロック信号の両エッジに同期してデータ転送を行なうSDRAM。JEDECが標準化し、2001年半ば頃から普及するようになります。

それまでのメモリ、SDRAMの課題
それまでのSDRAMは、クロックの立ち上がりを使ってデータ転送を行なっていた。クロックを高速化すれば転送速度を向上させることができますが、クロックそのものを高速化した際には、波形の歪みや遅延、輻射などの弊害が無視できなくなります。
DDR SDRAMで、転送速度を2倍に
DDRS DRAMでは、クロック信号の立ち上がりと立ち下がりの両方を使用して転送することで、実クロックを上げることなく、実質的な転送速度を2倍に向上させています。
JEDECの仕様では、100MHzクロック200MHz転送の「DDR200」、200MHzクロック400MHz転送の「DDR400」などが規定されているが、市場には、より高クロックでの動作に対応する「DDR500」、「DDR533」も出回っていいます。
シングルエッジ転送の従来タイプは、SDRSDRAM(Single Data Rate SDRAM)と呼びます。

DDR2 SDRAM(Double Data Rate2 Synchronous DRAM)

JEDECが標準化し、2004年半ば頃から普及した第2世代のDDRSDRAM。倍クロックで動作する点ではDDRと同じですが、2.5Vのコア電圧がI/O、コアともに1.8Vに下がり、また外部バスの2倍だったDRAMの内部バスを4倍に拡張した「4bit pre fetch」を採用、安定した高速動作と省電力化を実現します。チャンネルあたり4ランク(D語IMM4本)までフルサポートする点は(DDRは3本まで)、大容量化。
チップは200MHzの倍クロックで動作する400MHzの「DDR2-400」から1,066MHzの「DDR2-1066」まで規格化され、最大転送速度は約8,500MB/s。

DDR3 SDRAM(Double DataRate 3 Synchronous DRAM)

DDR2の2倍、初代DDRの4倍のバスクロックで動作する第3世代のDDRSDRAM。DDRSDRAMは、1バスクロックで2回の転送を行なうSDRAM。第1世代のDDRは内部インターフェースに2bitのプリフェッチ回路を備え、1クロックで2bitを処理することで2回の転送を実現しています。
DDR2では、このプリフェッチ回路を倍の4bitに拡張、1クロックで4bitを処理、2倍のバスクロックに対応。さらにDDR3では、プリフェッチ回路を8bitに拡張、バスクロックも倍になった。DDRの2.6/2.5VDDR2の1.8Vに対し、1.5V動作と低電圧化も進んでいます。

DDR4 SDRAM(Double Data Rate 4 Synchronous DRAM)

第4世代のDDRSDRAMDDR3SDRAMの2倍のデータレートを持つ。動作電圧は1.2Vと低電圧なのも特徴。2020年以降のPCのメインメモリの主流に。

DIMM(DualIn-line Memory Module)ディム

メモリモジュール(メモリボード)の規格の一つ。一般に用いられている、基板の両面に端子を配置したタイプ。PCのメインメモリは、実装面積を縮小するために、複数のメモリチップを小さな基板に実装したメモリモジュールが用いられます。
大きさやピン数の異なるメモリモジュールの種類
メモリモジュールのフォームファクターには、大きさやピン数の異なるいくつかの種類があり、デスクトップPCで一般に用いられているものは、基板の一辺にカードエッジ式の端子を備えたもの。

SIMMとDIMM
端子が裏表とも同じ1列のタイプをSIMM(SingleIn-lineMemoryModule)、両面が有効な2列のものをDIMM(DualIn-lineMemoryModule)と言う。
Pentium以降、メモリはDIMMが主流に
メモリバスが64bitに拡張されたPentium以降は64bit幅のバスを持つDIMMが主流となり、ノーマルなSDRAMでは片面84個、両面で168個の端子を備えた168ピンタイ0-9プ、DDR SDRAMでは184ピンタイプ、DDR2/3 SDRAMでは240ピンタイプ、DDR4 SDRAMでは284ピンタイプが用いられています。

DRDRAM(Direct Rambus DRAM)

メモリインターフェースに、Rambusが開発したDirectRambus技術を使用したDRAM。Direct Rambusは、同社が開発した高速インターフェース技術の拡張プロトコルの一つで、基本となるベースプロトコルを使用したDRAMをRDRAM(Rambus DRAM)と呼びます。
RDRAMは、高精度のクロック技術と低振幅の信号を用い、シンプルなバスを高いクロックで動作させるインターフェースで、アドレスラインとデータラインを分離した拡張プロトコルをDRDRAMと言います。
DRDRAMの動作クロック
動作クロックは、ロングチャンネルで最大800MHz、ショートチャンネルで1,066MHz(クロック信号の両エッジを使うので、実クロックはその半分)。バス幅は16bitなので、800MHz版で1.6GBs、1,066MHz版では2.1GB/sの転送速度を実現します。
ゲーム機ニンテンドー64、PS2で採用されるDRDRAM
Rambusの名は、1996年に任天堂のゲーム機ニンテンドー64がRDRAMを採用したことで一躍注目を集め、2000年には、ソニー・コンピュータエンタテインメントがプレイステーション2にDRDRAMを採用。

インテルのPentium4でも採用
当時は、IntelもPentium4のメモリとしてこれを推進しており、2000年にリリースしたPentium4用の最初のチップセットIntel850は、DRDRAM仕様でした。
DRDRAMの失速
しかし、ライセンス面、製造面、コスト面などの問題や、初期のチップセットでのトラブル、同社の方針など、さまざまな要因により失速。PC市場は、DDRSDRAM一色となってしまいます。
PC用のメモリモジュールは、RIMM(RambusIn-lineMemoryModule)と言い、DIMMと同じフォームファクターで、184ピン仕様でした。

ECC(Error Check(ing) and Correct(ing))

ハイエンドPCやサーバー向けPCのメモリに用いられる、データ転送時のエラー検出(Check)と訂正(Correct)を行なう機能。
エラー検出・訂正の仕組み
転送データが「2のN乗bit」の時、ある一定の方法で符号化した「N+2bit」の冗長データを付加すると、データ中の1bitの誤りを検出し、なおかつ正しい値に修復することができます。
このような機能をECCと言い、このとき付加する冗長データを「ECCbit」と呼びます。64bitのDIMMの場合には、8bitを加えた72bit構成になるためメモリはその分高価ですが、同時に2bit以上のエラーが生じない限りエラーとならないので、メモリエラーによるシステム停止が激減する効果も。

ECC Chip Kill(Error Check(ing) and Correct(ing) Chip Kill)

メモリを多重化することによって、耐障害性を高める機能。メモリチップが故障した場合、たとえばx4(1チップ4bit)のDRAMならば同時に4bit失うことになるので、ECCでエラーを修復することはもはやできません。
データを修復するECC Chip Kill

ECC Chip Killは、HDDでよく利用されるRAID5のメモリ版とも言える多重化機能で、ECCを分散することによって、チップが1個故障しても、残りのチップだけでデータを修復し動作を続けられるようにします。

ただし、この機能を利用するためには、同一仕様のECC付きDIMMを4本単位で装着する必要があり、メモリアクセスに若干のオーバーヘッドが加わります。

eDRAM(embedded DRAM)

特定用途向けに使われるASICにDRAMを内蔵した混載タイプのDRAMのこと。メモリへの外部接続が不要になり、基板面積縮小や高速化などのメリットがあります。

JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)ジェデック

電子機器規格の標準化を推進するアメリカの業界団体。IntelやNVIDIA、Apple、Micron Technologyのほか、パナソニックやソニーエリクソン、IBMなど300社以上が加盟しています。

JEDECの標準化実績
アメリカの電子産業の標準化などを行なうEIA(米国電子工業会)によって1958年に設立され、現在もEIA配下の一部門として活動を続けています。
過去にSDRAMやDIMMなどの規格を策定したことで知られ、現在はSSDやUFSなどのフラッシュメモリやDDR3/4SDRAMなどのメインメモリをはじめ、環境に配慮した鉛フリー製造技術や軍事/宇宙航空用途向け光ファイバー技術、JESD21-Cといったメモリ規格といった幅広い分野の標準化を行なっています。
自作PC業界においてよく聞かれる「JEDEC準拠のメモリ」とは、JEDECが定めた標準規格に沿って設計された、スタンダードな仕様のメモリモジュールであることを意味しています。

NVMHCI 1.0(Non-Volatile Memory Host Controller Interface 1.0)

Intelが2008年に発表し、Dell、Microsoftらと共同で設立したNVMHCI Working Groupが推進する不揮発性メモリサブシステムのインターフェース規格。
「ONFI」と「NVMHCI」
NAND型フラッシュメモリの業界団体ONFI Working Groupが推進するONFI(Open NAND Flash Interface)がNAND型フラッシュメモリチップとコントローラ間の標準インタフェース規格であるのに対し、NVMHCIはコントローラとシステムソフトウェア間のインタフェースを規定。システムがフラッシュメモリデバイスを制御するためのレジスタレベルのコマンドセットなどを提供します。
インターフェースはSATA(Serial ATA)のシステム〜コントローラ間のインターフェースであるAHCI(Advanced Host Controller Interface)互換で設計されており、システム側からはAHCIの延長でフラッシュメモリを使用したストレージやキャッシュなどのネイティブな制御が行なえます。

PAE(Physical Address Extension)ピーエーイー

4GB以上の物理メモリをサポートする物理アドレス拡張機能。PentiumPro以降のP6アーキテクチャのCPUがサポートしています。 仮想メモリを物理メモリにマッピングするページテーブルに手を加え、36bitの物理アドレスを実装したもの。最大64GBの物理メモリをサポート可能です。
仮想アドレスは32bitのままで、36bitの物理アドレスに直接はアクセスできず、1プロセスから利用できるメモリ空間は4GBです。

RAM(RAM Disk)ディスク

専用のソフトウェアを利用して、メインメモリの一部領域や専用パーツに搭載したメモリモジュールをディスクメディアのように扱えるようにする仕組み。
RAMディスクで欠点
ストレージとしては高速である半面、揮発性のメモリを使用するためRAMディスク上のデータは通電時しか保持できないことが欠点。そのため、RAMディスク上のデータのバックアップ機能を用意するソフトウェアもあります。

Registered(Buffered) / Unregistered(Unbuffered)レジスタード(バッファード)/アンレジスタード(アンバッファード)

メモリモジュールの入出力にレジスタ(バッファ)を備えたタイプを「Registered」または「Buffered」、持たないタイプを「Unregistered」、「Unbuffered」と言います。
Buffer(緩衝器)、あるいはRegister(調節器)とは、データを送る側とそれを受ける側の間に立ち、信号のタイミング調整や整形などを行なう機構のこと。
メモリI/Oは、接続チップが増えるほど信号のばらつきが増大し、高速化するほど信号のばらつきに対するマージンが減少します。
Registered(Buffered)メモリについて

Registered(Buffered)メモリは、メモリコントローラーメモリチップ間にこの機構を備え、I/Oの安定化と信頼性の向上を図ったもので、高クロックで大量のメモリを搭載する必要のあるサーバーやワークステーションで、エラー訂正機能のECC(Error Checking and Correcting)とともにサポートされています。

余分な機構を備える分高価になるため、一般向けの製品ではもっぱらUnregisteredタイプが用いられています。

RIMM(Rambus In-line Memory Module)リム

メモリチップにDirectRDRAMを使用したメモリモジュール。Direct RDRAMは、シンプルなバスを高クロックで駆動するDRAMで、90年代末にはSDRAMに代わる次世代のメモリと目されていました。
RIMMは、これを用いたPC用のメモリモジュールですが、ライセンス面、製造面、コスト面の問題や、初期のチップセットのトラブルも災いし、PC市場ではうまく立ち上がらないまま、ほぼ姿を消してしまいました。

SDRAM DIMM(Synchronous DRAM DIMM)エスディーラムディム

メモリチップにSDRAMを使用したDIMMのこと。PCのメインメモリに使われているDRAMは、微細なコンデンサの充放電で読み書きを行なう単純な構造であるため、低価格大容量化に適していますが、読み書きのスピードが非常に遅いのが欠点。
そこで、メモリセルに対して連続するデータをまとめて読み書きし、メモリバス上へまとまったデータを連続転送することでDRAMの本質的な欠点を補っています。SDRAMはこうしたバスの高速化技術を採り入れたチップの一つ。連続データをクロック信号に同期して高速に転送します。
SDRAM DIMMは、SDRAMを使ったメモリモジュール(メモリボード)の規格の一つ。一般に用いられるカードエッジ式(基板の一辺が接続端子を兼ねたタイプ)の基板上にメモリチップが実装されています。

「DualIn-line」は、基板の裏表の端子がそれぞれ独立した2列のエッジコネクタであることを指します。

SO-DIMM(Small Outline-DIMM)エスオーディム

メモリモジュールの規格の一つ。一般には、ノートPCに用いられています。

SPD(Serial Presence Detect)エスピーディー

メモリモジュール上のEEPROMに記録されている情報(メモリの種類やパラメータなど)を取得するための規格。

Toggle DDRトグルディーディーアール

東芝とSamsungが共同で策定したNAND型フラッシュメモリのインターフェース仕様。DRAMでも一般的に利用されているDDR(Double Data Rate)をベースとした技術で、クロック信号(基準信号)の立ち上がりと立ち下がりのそれぞれでデータのやり取りを行ない、データ転送速度を高速化した同期インターフェース技術。

Toggle DDR1.0で133Mbps、最新のToggle DDR2.0で400Mbpsの転送速度を実現しており、ONFIでもほぼ同様のインターフェース仕様を策定しており、ONFI 3.0では、Toggle DDR 2.0と同じ400Mbpsの転送速度を実現しています。

UMA(Unified Memory Architecture)ユーエムエー

メインメモリをグラフィックス用にも使用する方式。専用メモリを用意する必要がないのでコストを削減できます。

アドレス空間 Address Space

個々のデバイスやメモリ、ネットワーク機器、ディスクセクタなどを一意に識別するための値をアドレス、その範囲をアドレス空間と言います。

メモリのアドレス空間について
メモリでは、アドレスは物理メモリや仮想メモリ内の特定の位置を示す番地、アドレス空間は利用可能な領域を指し、利用効率や安全性などを高めるため、通常は用途ごとに分けて使用されています。

OSレベルでのアドレス空間
OSレベルでは、システムの利用部分をシステムまたはカーネル領域、プログラムの使用部分をユーザー領域と呼びます。後者にはコード領域とデータ領域があります。
これらのデータ領域には、プログラム開始時に確保され終了まで保持するスタティック領域、必要に応じて確保/解放されるヒープ領域、作業領域として実行時にあらかじめ一定量が確保され、ローカル変数や関数の引数戻り先などの格納などに利用されるスタック領域があります。

クアッドチャンネル(QuadChannel)

4チャンネル分のI/Oを並列に使用して、データ転送を高速化する機能。メモリモジュールの速度が同じであれば、デュアルチャンネルやトリプルチャンネルより高速なデータ転送を実現します。

これらと同様に、この機能を利用するためにはDIMM4枚の容量とスピード、タイミング、チップ構成などを同一仕様で揃える必要があります。

現在は、IntelのLGA2066AMDのSTRX40などウルトラハイエンドプラットフォームで採用されています。

デュアルチャンネル(Dual Channel)

2チャンネル分のI/Oを並列に使用して、データ転送を高速化する機能。デュアルチャンネルモードをサポートするメモリコントローラでは、もう一つのチャンネルの同じ番号のスロットを同時に駆動する機能を提供します。
これにより64bitのデータ幅を持つ2枚のDIMMを、データ幅128bitの1枚のDIMMとして扱うことで2倍のスループットを実現します。

デュアルチャンネル実現の条件
ただし、この機能を利用するには、DIMM2枚の容量、スピード、タイミング、チップ構成などが同一の仕様であることが原則となります。このため、仕様を揃えた2枚セットのモジュールが、デュアルチャンネル動作用として販売されていることが多いのです。

ダイナミックページングとは

また、同一仕様のメモリを装着した場合には、1回のRAS指定で2枚のDIMMにまたがる1行分のデータを呼び出せるので、アクセス効率も改善されます。これをダイナミックページング(Dynamic Paging)と言い、4枚挿しの場合には4枚すべての仕様が揃っている必要があります。

トリプルチャンネル(Triple Channel)

3チャンネル分のI/Oを並列に使用して、データ転送を高速化する機能。2008年に登場したCorei7が、DDR3 SDRAMのトリプルチャンネルに対応していました。
デュアルチャンネルと同様に、この機能を利用するためにはDIMM3枚の容量とスピード、タイミング、チップ構成などが同一仕様でなくてはならないのですが、Corei7-900シリーズの発表後に3枚セットのDDR3SDRAMが多数登場しています。なかにはトリプルチャンネルでの動作を保証している製品も。

物理メモリ/物理アドレス(Physical Memory/Physical Address)

PCが搭載するメインメモリを物理メモリと言い、DIMM(DualIn-line Memory Module)により実装されます。その特定位置を示すアドレスを物理アドレスと言い、CPUの仕様によってアドレス空間の上限が決まります。

実装/利用できるかはチップセットやマザーボード、OSの仕様に左右されます。

x86系初期16bitCPUの物理メモリ

x86系初期の16bitCPUはレジスタが16bit(64KB分)で、メモリ空間を16byte単位に区切ったセグメントと、そこからのオフセットという2値を使って20bit(1MB)のアドレス空間をサポート。

32bitCPUの物理メモリ
32bitCPUからは、32bitのレジスタを用い、32bitのアドレス空間(4GB)全体への連続したアクセスが可能となります。AMD64/Intel64対応の64bitCPUは、40〜48bit(1T~256TB)の物理アドレスを実装。PAEにより仕様上は52bit(4PB)まで対応しています。
PB:PetaByte(ペタバイト)。1PB=1,024TB

メモリ(Memory)

PCが処理するデータを一時的に記録しておく装置。PCのメインメモリのほか、ビデオカード(ビデオメモリ、グラフィックスメモリ、VRAMなどと呼ばれる)や一部のSSDにも搭載されていますが、自作PCにおいて単に“メモリ”と言った場合はメインメモリを指すことが多い。

自作PCメモリでに採用されている「DIMM」
自作PCにおけるメモリはDIMMと呼ばれるモジュールを採用しており、これをマザーボード上のメモリソケットに差し込んで使用します。
DIMM DDR2/3/4といったチップの種類に合わせて異なるピン数、ピン配置が定められているため、DIMMとメモリソケットの規格が一致していなければ物理的に装着することができません。

PCメモリの速度規格

チップの種類、形状の種類の他、DDR3-1333(PC3-10600)、DDR3-1600、(PC3-12800)、DDR4-2133(PC4-17000)、DDR4-2400(PC4-19200)、DDR4-3200(PC4-25600)といった速度の規格が存在します。

()前がメモリチップの規格、()内はメモリモジュールの規格で、前者はクロック、後者は転送レートを示しています。

上記の組み合わせは同じ速度を示しているため、たとえばDDR4-3200表記のあるメモリモジュールと、PC4-25600表記のあるメモリモジュールはおおむね同じ性能のもの(厳密には製品ごとにレイテンシなどのさらに細かいスペックの違いがあるので、完全に同一のスペックではない)。

ランク(Rank)

DIMMに実装されるDRAMの構成方式。メモリモジュールは、基板上に複数のDRAMチップを実装し、1セットのメモリデバイスとして使用します。

DIMMのランク
DIMMの場合には、データ64bit分または8bitのECCを加えた72bit分を1セットとして駆動しており、この1組の動作単位のことをランクと言い、1枚1ランク構成のDIMMをシングルランクDIMM、1枚2ランク構成のDIMMをデュアルランクDIMMと呼びます。
搭載DRAMチップ数
DIMMに搭載するDRAMチップは、「x4」、「x8」という表記でチップから出力されるデー夕bit数を表わし、x4DRAMなら16個または18個、x8DRAMなら8個または9個が1セット、すなわち1ランクとなります。
デュアルランク
たとえば、512Mbitx8のDRAMを使用すると、8個で64bit512MBのシングルランクDIMMとなり、16個をデュアルランクにすれば、1枚で512MB×2=1GBの容量になります。デュアルランクは、x4DRAM32個(ECC付きは36個)を2段重ねにするなどして構成することもでき、このようなタイプはスタックドDIMMと呼ばれています。
デュアルランクDIMMは、見かけは1枚のモジュールですが、チップセレクト信号を切り換えて2枚分相当(アクセスはどちらか一方で同時にはできない)として動作させています。
メモリコントローラにはサポート可能なランク数に制限があるため、その上限に達すると、たとえメモリスロットに空きがあってもそれ以上は増設できません。

ランダムアクセス(Random Access)

データを読み書きする方式のうち、データが格納されている順番に関係なく目的のレコード(ブロック)を読み書きするタイプをランダムアクセスと言います。
シーケンシャルアクセスと並んでストレージ性能の指標とされていますが、動画などの大きなサイズのファイルを扱う処理ではシーケンシャルアクセス性能が、アプリケーションの起動など小さなファイルを多数読み込むような処理ではランダムアクセス性能が作業の快適さにつながります。

レイテンシ(Latency)

待ち時間。デバイスになんらかの動作要求を出してから、実際に動作を開始するまでの遅延時間をレイテンシ(潜伏)と言います。

特にPCのメインメモリのアクセスタイミングを表わす際には、必要なクロック数を並べて4-4-4-12(CL-tRCD-RP-tRAS)と表記することが多いです。

DRAMメモリの仕組み

DRAMメモリでは、行(Row:ロウ)と列(Column:カラム)からなる格子状のセルアレイに対し、最初に行アドレス(RAS:Row Address Strobe)を指定して1行分を呼び出し、次に列アドレス(CAS:Column Address Strobe)を指定して特定のメモリアドレスにアクセスする仕組。
遅延時間を表す「tRCD」と「CL」
tRCD(RAS to CAS Delay time)はRASを出力してからCASを受け付けられるようになるまでの遅延時間、CL(CAS Latency)はCASを出力してから実際にアクセスできるようになるまでの遅延時間を示します。

プリチャージ
RAStRCD→CAS→CLと経ることで、初めてデータの読み出しが可能になり、DRAMチップは、キャパシタに蓄積した微小な電荷の有無でデータを記憶します。この状態を保持するためには、呼び出した1行分のセルを書き戻す必要があります。
この処理をプリチャージと言い、そのために必要な時間をtRP(RAS Precharge time)、RASを出力してからプリチャージが行なえるようになるまでの最小遅延時間をtRAS(RAS time / Activeto Precharge Delay)で表わします。
RASの出力から次のRASの出力までの最小間隔は「tRAS + tRP」で、これをtRC(RAS Cycle time)と言います。

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