DDR4（ディーディーアールフォー）

2025年10月25日

DDR4（ディーディーアールフォー）

英語表記: DDR4

概要

DDR4（Double Data Rate 4 Synchronous Dynamic Random-Access Memory）は、現代のコンピュータの主記憶装置として広く利用されているDRAM技術の標準規格の一つです。これは、メモリ階層において、CPUが高速にアクセスするための大容量の作業スペースを提供する重要な役割を担っています。前世代のDDR3と比較して、データ転送速度が飛躍的に向上し、同時に動作電圧が低下したことで、高いパフォーマンスと優れた省電力性を両立させているのが最大の特徴です。この技術の進化こそが、データセンターや高性能PCの処理能力を支える基盤となっています。

詳細解説

DDR4は、メモリ階層（キャッシュ, DRAM, NVRAM）の中核をなす主記憶装置（DRAM 系）の性能を決定づけるDRAM 技術です。この技術がなぜ重要かというと、CPUが処理するデータやプログラムを一時的に保持し、キャッシュメモリに次ぐ速度でデータを提供する必要があるからです。

動作原理とDDRの進化

DDR（Double Data Rate）とは、文字通り「データ転送速度を倍にする」技術を指します。通常のSDRAM（Synchronous DRAM）がクロックの立ち上がり（上昇エッジ）でのみデータ転送を行うのに対し、DDR技術は立ち上がりと立ち下がり（下降エッジ）の両方でデータ転送を行うことで、実効的なデータ転送速度を倍増させます。

DDR4は、このDDRの基本構造を継承しつつ、以下の点で大幅な進化を遂げました。

低消費電力化（動作電圧1.2V）
DDR3の標準動作電圧が1.5Vまたは低電圧版で1.35Vであったのに対し、DDR4は標準で1.2Vという低電圧での動作を実現しています。これは、特にデータセンターや大規模なサーバー環境において、発熱の抑制と電力コストの削減に大きく貢献しています。主記憶装置が消費する電力を削減することは、システム全体の効率化において非常に重要な要素です。
高帯域幅の実現
DDR4は、最低動作クロックが2133MHzから始まり、DDR3の最速帯域を上回る速度で動作します。これにより、CPUがメモリにアクセスする際の「待ち時間」が短縮され、システム全体のボトルネックが解消されやすくなります。これは、大量のデータを扱う現代のアプリケーションや仮想化環境において、処理能力を最大限に引き出すために不可欠な要素です。
内部構造の最適化（バンクグループ）
DDR4では、内部的に「バンクグループ」という新しい構造が導入されました。これにより、メモリコントローラが異なるバンクグループに対して並列にコマンドを発行できるようになり、実効的なデータアクセス効率が向上しています。これは、マルチコアCPUが複数のスレッドで同時に主記憶装置にアクセスする際の効率を劇的に改善する、DRAM技術の巧妙な進化です。

DDR4は、単に速度が向上しただけでなく、このメモリ階層全体の中で、容量と速度、コストのバランスを最適化する主記憶装置の役割を、より効率的に担えるように設計されているのです。

具体例・活用シーン

DDR4技術は、現在私たちが日常的に利用しているほぼすべてのコンピュータシステムの中核を担っています。

高性能ゲーミングPCやワークステーション:
大量のテクスチャデータや複雑な計算を瞬時に処理するため、DDR4の高帯域幅は必須です。特に、CPUやGPUの性能向上に伴い、主記憶装置のデータ供給速度が追いつかないと、システム全体の性能が発揮できなくなる（ボトルネックが発生する）ため、DDR4の高速性が求められます。
クラウドサーバーとデータセンター:
膨大な数の仮想マシンやデータベースを同時に稼働させるデータセンターでは、DDR4の低消費電力性は極めて重要です。わずか0.3Vの電圧低下であっても、数千、数万枚のメモリモジュールが集積する環境では、冷却コストと電力コストに大きな差を生み出します。

アナロジー：高速道路の車線拡張とエコカー

DDR4の進化を、交通システムに例えて考えてみましょう。

主記憶装置は、CPUという巨大な都市と、ストレージ（倉庫）という郊外を結ぶ「高速道路」のようなものです。

DDR3からDDR4への進化は、この高速道路において、以下の二つの改善を同時に行ったことに相当します。

車線数の増加（高帯域幅）:
DDR3が片側4車線だったとすれば、DDR4は片側6車線や8車線に拡張されました。これにより、より多くのデータ（車）が同時に、しかも高速で流れることができるようになり、交通渋滞（ボトルネック）が発生しにくくなりました。
エコカーの導入（低電圧化）:
さらに、この高速道路を走るすべての車（データ転送）が、燃費の良いエコカー（低電圧1.2V）に置き換わりました。これにより、高速道路全体が稼働するために必要なエネルギー（電力）が削減され、環境負荷（発熱）も軽減されました。

このように、DDR4は主記憶装置の性能を上げるだけでなく、システム全体のエネルギー効率を高めることで、現代のコンピューティング環境の持続的な発展を可能にしているのです。

資格試験向けチェックポイント

IT関連の資格試験、特にITパスポート試験から応用情報技術者試験にかけて、DDR4を含むDRAM技術は頻出テーマです。DDR4をメモリ階層の中で正しく位置づけて理解することが重要です。

ITパスポート試験レベル:
- DRAM（Dynamic RAM）が主記憶装置に使われること、そしてDDR技術がその高速化を実現する方式であることを理解しておきましょう。
- 主記憶装置は、キャッシュメモリよりも遅いが、補助記憶装置（SSD/HDD）よりも高速であることを、メモリ階層の文脈で整理してください。
基本情報技術者試験レベル:
- DDR4とDDR3の主な違いを問われることがあります。「低消費電力化（1.2V動作）」と「高帯域幅化」の二点を確実に押さえてください。
- DDRがクロックの立ち上がりと立ち下がり両方でデータ転送を行う技術である、という原理的な理解が必要です。
応用情報技術者試験レベル:
- DDR4が実現する「バンクグループ」のような内部構造の最適化が、並列処理性能（スループット）にどのように貢献するかを理解しておくことが望ましいです。
- 主記憶装置の性能向上が、システム全体のボトルネック解消に果たす役割を、定性的に説明できるように準備しておきましょう。