SRAM là gì? Ưu nhược điểm & so sánh chi tiết với DRAM

Bộ nhớ SRAM là gì luôn là câu hỏi quen thuộc với những ai quan tâm đến phần cứng máy tính. Trong thế giới công nghệ, SRAM memory được biết đến như một giải pháp tốc độ cao, thường xuất hiện trong CPU và các hệ thống nhúng. Việc giải mã thuật ngữ máy tính, đặc điểm và ứng dụng sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về vai trò quan trọng của loại linh kiện này.

SRAM là gì?

SRAM (Static Random Access Memory) chính là một dạng bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh. “Static” nghĩa là giữ được dữ liệu miễn là cấp nguồn, không cần làm mới (refresh) như DRAM. Static RAM dùng mạch dạng flip-flop gồm nhiều transistor để lưu mỗi bit dữ liệu.

Mỗi bit trong SRAM được lưu trữ bởi một mạch flip-flop cấu tạo từ 4–6 transistor, giúp đảm bảo tốc độ truy cập nhanh và độ ổn định cao. Nhờ đặc tính này, SRAM thường được dùng trong các tầng nhớ cache của CPU, trong các thành phần đòi hỏi truy cập nhanh và độ trễ thấp cao. 

Để trải nghiệm hiệu năng ổn định và tốc độ xử lý mượt mà, lựa chọn RAM chất lượng là rất quan trọng. Tham khảo ngay những loại RAM đa dạng và chính hãng tại CellphoneS!

[Product_Listing categoryid="923" propertyid="" customlink="https://cellphones.com.vn/linh-kien/ram.html" title="Danh sách RAM đang được quan tâm nhiều tại CellphoneS"]

Lịch sử ra đời của SRAM

SRAM xuất hiện lần đầu vào năm 1963 khi Robert Norman tại Fairchild Semiconductor phát minh dựa trên công nghệ bán dẫn bipolar. Đến năm 1964, John Schmidt cũng tại Fairchild đã phát triển phiên bản MOS-SRAM (Metal-Oxide-Semiconductor) với tế bào nhớ 64-bit sử dụng MOS p-channel. 

Bước ngoặt lớn xảy ra năm 1969 khi Intel giới thiệu chip SRAM memory 256-bit đầu tiên mang tên Intel 1101. Kể từ đó, loại bộ nhớ này dần trở thành thành phần quan trọng trong CPU với vai trò cache, đồng thời được ứng dụng rộng rãi trong vi điều khiển, bộ nhớ nhúng, thiết bị di động và cả chip đồ họa nhờ tốc độ cao cùng độ trễ thấp.

Cấu tạo của SRAM

Để hiểu cách thức vận hành, trước tiên chúng ta cần xem xét cấu tạo của loại bộ nhớ này. Cấu tạo của bộ nhớ SRAM gồm:

• Tế bào nhớ (cell): mỗi bit được lưu trữ trong một flip-flop tĩnh, thường gồm 4-6 transistor (thường 6 transistor – “6T SRAM cell”).
• Transistor truy cập (access transistors) để đọc/ghi dữ liệu, cùng với đường word line (WL) và bit line.
• Mạch điều khiển: đóng vai trò kích hoạt hoặc tắt word line; chọn cell; cấp điện; mạch logic bổ sung.

Nguyên lý hoạt động của SRAM

Sau phần cấu trúc, việc làm rõ nguyên lý hoạt động sẽ giúp hiểu chi tiết hơn bộ nhớ SRAM là gì? Đây là cơ chế quyết định cách dữ liệu được lưu giữ, đọc và ghi trong từng tế bào nhớ:

• Khi cấp nguồn, mỗi flip-flop (6T) giữ một trong hai trạng thái ổn định (bit 0 hoặc bit 1).
• Để đọc: word line được kích hoạt, transistor truy cập mở, sau đó dữ liệu được đưa vào bit line qua transistor truy cập, mạch đọc sẽ xác định mức điện áp tương ứng 0 hoặc 1.
• Để ghi: word line được bật, transistor truy cập cho phép đưa mức điện áp (0 hoặc 1) từ bit line vào cell, flip-flop bên trong thay đổi trạng thái.
• Khi không hoạt động (idle), cell vẫn giữ trạng thái, miễn là nguồn (power supply) được duy trì. Không cần refresh định kỳ.

Ưu và nhược điểm của SRAM

Giống như nhiều công nghệ lưu trữ khác, SRAM cũng có những điểm mạnh và hạn chế riêng. Việc phân tích ưu và nhược điểm sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về tính ứng dụng của nó.

Ưu điểm

Trước hết, hãy cùng điểm qua những lợi thế nổi bật giúp SRAM trở thành lựa chọn quan trọng trong nhiều thiết bị điện tử hiện nay.

• Tốc độ truy cập rất nhanh: do không cần refresh, độ trễ (latency) thấp hơn nhiều so với DRAM.
• Không cần refresh thường xuyên, ít việc overhead liên quan đến làm mới bộ nhớ.
• Hiệu suất ổn định, khi hoạt động có độ trễ thấp, tốc độ cao – tốt cho cache CPU, bộ nhớ đệm, các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực.
• Tương đối ít tiêu thụ năng lượng khi idle (khi không truy cập thường xuyên) so với DRAM, dù khi hoạt động có thể có mức tiêu thụ cao.

Nhược điểm

Bên cạnh những ưu thế, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh cũng tồn tại một số hạn chế nhất định mà người dùng cần cân nhắc.

• Chi phí sản xuất cao hơn DRAM vì cần nhiều transistor cho mỗi bit.
• Mật độ nhớ thấp (memory density) – mỗi cell chiếm diện tích lớn hơn → không thể làm chip SRAM dung lượng cực lớn như DRAM với cùng kích thước die (diện tích vật lý của chip bán dẫn).
• Tiêu thụ năng lượng khi hoạt động có thể cao, đặc biệt khi truy cập nhiều.
• Dữ liệu mất khi mất điện. Không thích hợp để lưu lâu dài nếu không có nguồn phụ trợ.

Những loại SRAM phổ biến

Dưới đây là bảng các loại SRAM thường gặp, đặc điểm chính và ưu nhược điểm ngắn:

Tên loại SRAM	Đặc điểm chính	Ưu điểm	Nhược điểm
Asynchronous SRAM	Hoạt động độc lập với clock (không đồng bộ)	Đơn giản, dễ thiết kế, độ trễ thấp cho mỗi truy cập riêng lẻ	Phù hợp với các ứng dụng nhỏ; tốc độ cao đồng bộ không tốt bằng các loại khác
Synchronous SRAM (Sync SRAM / Burst SRAM / Pipeline-Burst SRAM)	Đồng bộ với clock hệ thống; hỗ trợ burst reads/writes	Tối ưu cho hiệu suất cao, throughput lớn; thiết kế bus nhanh hơn	Chi phí cao hơn; phức tạp hơn; dùng cho ứng dụng yêu cầu hiệu suất, latency thấp
TTL SRAM	Dùng công nghệ TTL (Transistor-Transistor Logic) – ít phổ biến hiện nay	Ổn định, đồng thời vẫn tương thích với các hệ thống TTL cũ.	Tiêu thụ điện năng lớn; khó sản xuất với quy mô cao
Low-Power SRAM / CMOS SRAM	Tối ưu hóa điện năng khi idle; sử dụng công nghệ CMOS	Phù hợp với các thiết bị di động và chip nhúng trong điều kiện nguồn năng lượng hạn chế	Tốc độ cao nhất có thể thấp hơn SRAM chuẩn; chi phí cao hơn nếu cần tốc độ cao

Ứng dụng phổ biến của SRAM

Nhờ tốc độ cao và độ ổn định vượt trội, SRAM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ. Một số ứng dụng nơi bộ nhớ SRAM được sử dụng:

• Cache CPU: L1, L2, L3 cache trong CPU sử dụng SRAM để truy xuất dữ liệu nhanh.
• Register file trong vi xử lý.
• Tầng bộ nhớ nhúng (embedded memory) trong chip ASIC, FPGA.
• Bộ nhớ đệm (buffer) trong thiết bị mạng, thiết bị lưu trữ, trong GPU.
• Thiết bị di động/thiết bị IoT khi cần tốc độ cao và tiết kiệm năng lượng khi idle.

So sánh giữa bộ nhớ SRAM và DRAM

2 loại bộ nhớ này có nhiều điểm khác biệt rõ rệt về cấu trúc, tốc độ, chi phí và ứng dụng. Chi tiết các điểm khác nhau giữa DRAM và SRAM được tổng hợp trong bảng sau:

Tiêu chí	SRAM (Static RAM)	DRAM (Dynamic RAM)
Tính chất	Tĩnh	Động
Cấu trúc cell	Flip-flop tĩnh, thường 6 transistor/cell	Mỗi cell có 1 transistor + 1 tụ điện
Refresh dữ liệu	Không cần refresh định kỳ, dữ liệu giữ được miễn là có nguồn	Cần làm mới (refresh) nhiều lần/giây để giữ dữ liệu
Độ trễ (latency)	Thấp hơn, rất nhanh	Cao hơn so với SRAM
Mật độ nhớ / dung lượng	Thấp, khó mở rộng dung lượng lớn	Cao, dễ sản xuất chip dung lượng lớn
Chi phí	Đắt hơn	Rẻ hơn
Ứng dụng phổ biến	Cache CPU, bộ nhớ nhúng, buffer tốc độ cao	Bộ nhớ chính cho PC, laptop, server, smartphone

Theo bảng so sánh từ Diffen.com trong bài viết “Difference between DRAM and SRAM”, cả 2 có nhiều điểm khác biệt rõ rệt. SRAM thích hợp trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ cực cao và độ trễ thấp như cache CPU, bộ nhớ đệm trong GPU hoặc hệ thống nhúng thời gian thực. Trong khi đó, DRAM lại phù hợp để làm bộ nhớ chính cho máy tính, điện thoại, máy chủ nhờ dung lượng lớn và chi phí thấp.

Có thể thấy, SRAM memory mang lại lợi thế vượt trội về tốc độ và độ trễ thấp, nhưng lại không phù hợp để trở thành bộ nhớ chính vì chi phí cao. Nếu bạn từng thắc mắc bộ nhớ SRAM là gì thì giờ đây hẳn đã có cái nhìn tổng quan từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động cho đến sự khác biệt với DRAM. Từ đó, bạn có thể lựa chọn và ứng dụng phù hợp trong từng trường hợp cụ thể.

Xem thêm bài viết trong chuyên mục: Máy tính - Laptop - Tablet