半導体の主要製品の一つとして、メモリの名前がよく挙げられます。メモリは私たちにとっても身近な存在ですが、仕組みを詳しく知らないという方も多いかもしれません。

そこで本記事では、改めて知っておきたい半導体メモリの種類や特徴について解説します。

半導体メモリとは

半導体メモリは、回路を電気的に制御することでデータを記憶・保持する半導体製品です。従来、メモリの市場ではHDDのような磁性メモリが主流でしたが、現在は半導体メモリがシェアを拡大しています。

HDDのような磁性メモリでは、ディスクを回転させてデータを記憶するため、動作の高速化に限界がありました。また、ディスクやモーター、磁気ヘッドといった機械的構造を持つ必要があるため、小型化・軽量化が難しく、衝撃に弱いという課題もありました。

一方、半導体メモリでは、電気回路の信号によってデータの書き込み・書き換え・消去を行うため、HDDの数倍のスピードで動作できます。また、機械的構造も持たないため、小型化・軽量化が容易であり、スマートフォンやウエアラブル端末のような小型の電子機器にも搭載可能です。機械的構造を持たないという特徴は、消費電力の少なさにも影響しています。

半導体メモリには、HDDに比べるとコストが高いというデメリットもあります。しかし、それを補うのに十分なメリットがあるため、半導体メモリを採用する電子機器が増加している状況です。

半導体メモリの種類

半導体メモリは、揮発性メモリと不揮発性メモリの2種類に大別できます。

• 揮発性メモリ
  電源を切ると記憶が消えてしまうメモリ
• 不揮発性メモリ
  電源を切っても記憶を保持し続けるメモリ

パソコンやスマートフォンの内部には、揮発性メモリ・不揮発性メモリの両方が搭載されており、相互に連携しながら各種処理を行っています。電子機器の処理速度や記憶容量を把握する上で、半導体メモリについての知識は役立つでしょう。

ここからは、揮発性メモリ・不揮発性メモリのそれぞれの仕組みや特徴を見ていきます。

揮発性メモリ

揮発性メモリは、電源を切ると記憶が消えてしまうため、一時的な作業領域として活用されるのが一般的です。揮発性メモリはさらにDRAMとSRAMの2種類に分けられます。

DRAMでは、メモリ内に多数搭載されたコンデンサに電荷を蓄えてデータを記憶します。電荷が蓄積されている状態が「1」、電荷がない状態が「0」となっており、この組み合わせでデータを記憶する仕組みです。ただし、一定時間経過すると自然放電によって電荷が消えてしまうため、データを維持するためには定期的に読み書きを繰り返す必要があります。

DRAMは後述するSRAMに比べると構造が単純なため、安価で大容量化しやすい点がメリットです。パソコンなどのメインメモリ（主記憶装置）として採用されることが多く、CPUの高速な処理をサポートしています。

もう一つのSRAMでは、フリップフラップと呼ばれる回路構造によってデータを記憶します。この回路では情報を一時的に「1」か「0」の状態で記憶できるため、記憶回路とも呼ばれています。

SRAMはDRAMよりも構造が複雑なため、記憶容量当たりのコストが高くなる傾向にあります。ただし、DRAMよりも高速にデータの読み書きができるため、パソコンではメインメモリでなくキャッシュメモリとして採用されることが多いです。

不揮発性メモリ

不揮発性メモリは、電源を切っても記憶を保持し続けるので、ストレージ（補助記憶装置）として活用されており、繰り返し使用するプログラムや画像・動画などが保存されています。

不揮発性メモリにもいくつかの種類がありますが、最近ではフラッシュメモリと呼ばれるタイプが主流です。フラッシュメモリにはNAND型とNOR型の2種類があります。

フラッシュメモリは、データを記憶する最小単位である「メモリセル」と呼ばれる回路構成を敷き詰めた構造になっています。NAND型とNOR型の大きな違いは、メモリセルを直列でつないでいるか、並列でつないでいるかという点です。

NAND型フラッシュメモリはメモリセルを直列でつないでいるため、配線が少なく、大容量化しやすいという特長があります。そのため、NOR型よりも安価かつ大容量なメモリを生産でき、SSDやSDカードに採用されています。ただし、データの書き換えをする際に、一旦元のデータを消去するという動作を行うため、データの消滅といった不具合が起きる可能性もあります。

一方、NOR型フラッシュメモリはメモリセルを並列でつないでいるため、配線が多く、NAND型のように大容量化はしにくい傾向にあります。しかし、NAND型に比べるとデータの消滅などの不具合が起きる可能性が低いため、高い信頼性が求められる用途ではNOR型が採用されることもあります。

半導体メモリの需要は今後も高まっていく

デジタル化が進んでいる現代において、半導体メモリの市場は右肩上がりで成長を続けています。パソコン・スマートフォン・家電製品・ウエアラブル機器など、私たちの身の回りのあらゆる機器に半導体製品が搭載されており、今後も増えていくでしょう。半導体メモリはもちろん、半導体製品全般についての知識をさらに深めていただければ幸いです。