SRAM：Static Random Access Memory

SRAMとは？構造・動作原理・キャッシュとの関係

SRAM（Static Random Access Memory）は、 高速動作が求められる領域で使用されるメモリであり、 主にCPUキャッシュとして利用されています。

DRAMとは異なる内部構造を持ち、 リフレッシュ不要で高速アクセスが可能という特徴があります。

本記事では、 SRAMの構造・動作原理・性能特性・実装技術まで 詳細に解説します。

SRAMとは何か

SRAMとは、

フリップフロップ回路によってデータを保持する揮発性メモリ

です。

DRAMのように電荷を蓄える方式ではなく、 回路状態そのものをデータとして保持します。

そのため、

• リフレッシュ不要
• 高速アクセス
• 低レイテンシ

といった特徴を持ちます。

SRAMセル構造

SRAMの基本構造は、 6トランジスタ（6T）セルです。

構成：

• インバータ×2（ラッチ構造）
• アクセス用トランジスタ×2

この構造により、 安定した状態を維持できます。

動作原理

保持（Hold）

クロスカップルされたインバータにより、 状態が維持されます。

電源が供給されている限り、 データは保持され続けます。

読み出し（Read）

ビットラインに接続し、 内部状態を外部に反映させます。

非破壊読み出しが可能です。

書き込み（Write）

ビットラインに強制的に電圧を与え、 内部状態を上書きします。

SRAMとDRAMの違い

項目	SRAM	DRAM
構造	フリップフロップ	コンデンサ
リフレッシュ	不要	必要
速度	高速	低速
密度	低い	高い
コスト	高い	低い

SRAMの特徴

• 低レイテンシ（数ns）
• 高スループット
• リフレッシュ不要
• 高消費電力（リーク電流）
• 低集積度

CPUキャッシュとしてのSRAM

SRAMの主な用途は、 CPUキャッシュです。

• L1キャッシュ（最速・最小）
• L2キャッシュ
• L3キャッシュ（共有）

キャッシュは、 メモリアクセスの高速化を目的としています。

キャッシュ構造

SRAMは、 以下のような構造で使用されます。

• タグメモリ
• データメモリ
• セットアソシアティブ構造

キャッシュヒット時は高速、 ミス時はDRAMアクセスとなります。

レイテンシと帯域

SRAMは非常に低レイテンシですが、 容量は小さいです。

そのため、

階層メモリ構造

が採用されます。

消費電力とリーク

SRAMは常に電流が流れるため、 リーク電流が問題となります。

特に微細化が進むと、 消費電力の割合が増加します。

セルバリエーション

SRAMには複数のセル構造があります。

• 6T（標準）
• 8T（低電圧対応）
• 10T（高安定性）

用途に応じて選択されます。

製造技術と課題

SRAMは微細化の影響を受けやすく、

• ばらつき（Process Variation）
• ソフトエラー

が問題となります。

ECCとSRAM

高信頼性が求められる環境では、 ECCが導入されます。

キャッシュでもECCが使用される場合があります。

SRAMとNUMA

SRAMはCPU内部に存在するため、 NUMAの影響を受けません。

ただし、 キャッシュコヒーレンシは重要な課題です。

キャッシュコヒーレンシ

複数CPU間でデータの整合性を保つため、

• MESIプロトコル

などが使用されます。

最新動向

• 3D SRAM
• 低電圧SRAM
• AI向けキャッシュ最適化

SRAMは今後もCPU性能に直結する重要技術です。

まとめ

SRAMは、 高速アクセスを実現するためのメモリです。

• フリップフロップ構造
• リフレッシュ不要
• 低レイテンシ
• CPUキャッシュとして利用

DRAMとの違いを理解することで、 コンピュータ全体の性能設計がより明確になります。

SRAMは、 高性能システムの中核を担う重要な技術です。