DRAM vs NVRAM

2025年10月13日

DRAM vs NVRAM

英語表記: DRAM vs NVRAM

概要

DRAM (Dynamic Random Access Memory) と NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory) は、コンピュータの構成要素の中でも特に重要な「主記憶装置」のカテゴリに属しますが、その決定的な違いは揮発性（電源を切るとデータが消えるかどうか）にあります。DRAMは電源供給が途絶えると内容が失われる「揮発性メモリ」の代表であり、PCやサーバーのメインメモリとして高速なデータ処理を担っています。一方、NVRAMは電源がなくてもデータを保持し続ける「不揮発性メモリ」の総称であり、システムの高速な設定情報や、SSDなどの補助記憶装置に近い役割を持つ最新のメモリ技術を含みます。この対比は、「主記憶装置（RAM, キャッシュ）」が持つべき速度と永続性という二律背反の課題を理解する鍵となります。

詳細解説

私たちが今扱っている「コンピュータの構成要素」の中の「主記憶装置」という文脈において、DRAMとNVRAMの特性は、システムのパフォーマンスと信頼性に直結する、非常に興味深いトピックです。

DRAM（揮発性）の特性と役割

DRAMは、現在、ほとんどのコンピュータで主記憶装置として利用されている主力選手です。その構造は、データ（1ビット）を保持するためにコンデンサとトランジスタをペアで利用しています。コンデンサに電荷を蓄えることで「1」を、電荷がない状態で「0」を表現するのです。

しかし、コンデンサは電気を完全に保持し続けることができません。時間とともに電荷が漏れ出してしまうため、DRAMは数ミリ秒ごとにリフレッシュ操作（再書き込み）を行う必要があります。この「リフレッシュが必要」かつ「電源が切れるとデータが消える」という性質こそが、DRAMが「揮発性」と呼ばれる所以です。

主記憶装置としてのDRAMの役割は、CPUが処理するプログラムやデータを一時的に、かつ高速に保持することです。DRAMはSRAM（Static RAM、より高速だが高価）ほどではありませんが、補助記憶装置（HDDやSSD）に比べれば圧倒的に高速であり、CPUの処理速度に追いつくために不可欠な存在となっています。

NVRAM（不揮発性）の特性と進化

NVRAMは、電源供給がなくてもデータを保持できるメモリの総称です。これには、古くからあるROM（Read Only Memory）の進化形であるEEPROMや、現在主流のNAND型フラッシュメモリ、そして将来の主記憶装置として期待されるMRAMやReRAMなどの新技術が含まれます。

特に、主記憶装置の文脈でNVRAMが注目されるのは、永続性と高速性を両立させようという進化の試みがあるからです。従来のメモリ階層では、DRAM（高速/揮発性）と補助記憶装置（低速/不揮発性）の間には明確な壁がありました。しかし、NVRAM技術の進化により、この壁が曖昧になりつつあります。例えば、高速なNVMe SSDや、DRAMスロットに挿入できるパーシステントメモリ（永続性メモリ）は、NVRAM技術を用いています。

動作原理は技術によって異なりますが、フラッシュメモリであれば電子を絶縁膜に閉じ込めることで、電源がなくても情報を保持します。DRAMのようなリフレッシュ操作は不要です。

揮発性と不揮発性の対比の重要性

この対比が「主記憶装置（RAM, キャッシュ）」の階層でなぜ重要かというと、それはデータのライフサイクルを決定するからです。

DRAMは、プログラム実行中の一時的な作業スペースを提供します。たとえば、あなたが文書を作成しているとき、その内容はDRAM上に展開されています。もし停電が起これば、その作業内容は失われます（揮発性）。

一方、NVRAMは、OSの設定や、保存されたファイルなど、永続的に保持すべき情報を担います。もしコンピュータが予期せずシャットダウンしても、NVRAMに保存されたデータは残ります（不揮発性）。

システム設計者は、このDRAMの「超高速だが一時的」という特性と、NVRAMの「永続的だが、DRAMほど速くない（または高価）」という特性を理解し、どこにどのメモリを配置するかを常に最適化しているのです。これは、コンピュータの構成要素全体を効率的に機能させるための、非常に奥深い判断なのです。

具体例・活用シーン

DRAMとNVRAMの役割の違いを理解すると、コンピュータがどのように動いているのかがよく分かります。

DRAMの活用シーン：
- PCのメインメモリ（主記憶）: Webブラウザ、オフィスソフト、ゲームなど、現在実行中のすべてのプログラムデータはDRAMに格納されています。DRAMの容量が大きいほど、同時に多くの作業を快適に行えます。
- CPUキャッシュ: L1, L2, L3キャッシュは、DRAMよりもさらに高速なSRAM（揮発性メモリの一種）が使われており、CPUが次に必要とするデータを一時的に保持します。
NVRAMの活用シーン：
- SSD（NANDフラッシュメモリ）: スマートフォンやPCの高速ストレージとして広く使われています。電源を切ってもデータが消えないため、ファイルの保存場所として機能します。
- BIOS/UEFIチップ: コンピュータ起動時に必要な設定情報（ブート順序など）を保持する小さなチップです。電源がなくても設定が消えないのはNVRAMのおかげです。
- パーシステントメモリ（将来技術）: DRAMスロットに挿入され、DRAM並みの高速アクセスを持ちながら、電源オフ時もデータを保持します。ビッグデータ処理やデータベース用途で期待されています。

アナロジー：ホワイトボードと石板

DRAMとNVRAMの違いを理解するための比喩として、「会議室のホワイトボード」と「歴史を刻む石板」を想像してみてください。これは、コンピュータの構成要素の中でのデータの役割を非常によく表しています。

DRAM（ホワイトボード）:
ホワイトボードは、非常に高速で書き込みや消去ができます。会議中にアイデアを出し合ったり、計算をしたりする「作業スペース」として最適です。しかし、会議が終わって電気を消したら（電源オフ）、内容を保存しなければすべて消えてしまいます（揮発性）。DRAMはまさに、CPUが今、活発に処理している情報を一時的に保持するための、超高速な作業スペースなのです。

NVRAM（石板）:
石板に文字を刻むのは、ホワイトボードに書くより時間がかかります（書き込み速度はDRAMより遅い）。しかし、一度刻まれた情報は、何百年経っても、電源（日光や雨）がなくなっても消えません（不揮発性）。NVRAM、特にストレージとして使われるフラッシュメモリは、OSや大切なファイルを永続的に保管する役割を担っています。

この二つが、コンピュータシステム内部で、役割を分担しながら協調しているのです。

資格試験向けチェックポイント

IT資格試験（特にITパスポート、基本情報技術者、応用情報技術者）では、メモリの基本的な特性と分類が頻出します。DRAM vs NVRAMの知識は、「コンピュータの構成要素」におけるメモリ階層構造の理解に直結します。

揮発性/不揮発性の定義と代表例:
- 揮発性メモリ: 電源供給停止でデータが消える。代表例はDRAM（主記憶）とSRAM（キャッシュ）。
- 不揮発性メモリ: 電源供給停止後もデータが残る。代表例はROM（Read Only Memory）系、フラッシュメモリ（SSD）。
- 試験対策のコツ: 「D」はダイナミック（動的）、時間が経つと消える、と覚えるとDRAMが揮発性であることが覚えやすいです。
DRAMの特性に関する出題:
- DRAMはコンデンサとトランジスタで構成されていること。
- リフレッシュ操作が必要であること。
- 主記憶装置として利用されること。
メモリ階層との関連:
- CPUに近いほど高速で高価なメモリ（SRAM/キャッシュ）が使われ、容量は小さい。
- 主記憶装置（DRAM）はキャッシュより低速だが容量が大きい。
- 補助記憶装置（NVRAM/フラッシュメモリ）は最も低速だが大容量で不揮発性である。
- 試験では、これらの速度、容量、コスト、揮発性の関係を問う問題が頻繁に出題されます。
新しいNVRAM技術（応用情報向け）:
- MRAM (Magnetoresistive RAM) や PRAM (Phase-change RAM) など、次世代の不揮発性メモリ技術の名称と特徴（高速性、低消費電力など）が問われることがあります。これらは、従来のDRAMとSSDのギャップを埋める存在として注目されています。