Memori Utama Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping). Pada komputer lama, bentuk umum Random Access Memory untuk memori utama adalah sebuah piringan ferromagnetik berlubang dengan diameter 1/16 inci yang dikenal sebagai core. Piringan ini diikat grid kawat halus yang tergantung pada layar kecil di komputer dengan dimagnetisasi ke satu arah sebuah piringan untuk mempresentasikan bilangan satu, dan magnetisasi ke arah lainnya yang berarti nol. Memori core ini bekerja sangat cepat, hanya memerlukan waktu 1/1.000.000 detik untuk membaca sebuah bit yang tersimpan di dalam memori.

Kemudian, pada 1970 Fairchild menciptakan memori semikonduktor yang pertama. Keping memori ini berukuran hampir sama dengan sebuah core. Keping memori ini dapat menampung 256 bit memori. Memori ini tidak destruktif dan bekerja lebih cepat dibandingkan core.

Memori semikonduktor tersedia dalam rentang kecepatan yang luas. Waktu siklusnya berada pada rentang 100ns hingga kurang dari 10ns. Pada saat diperkenalkan pertama kali pada akhir tahun 1960-an, memori tersebut lebih mahal daripada memori inti magnetik. Karena perkembangan teknologi VLSI (Very Large Scale Integration) yang sangat cepat, biaya memori semikonduktor telah menurun secara drastis. Akibatnya, teknologi tersebut sekarang digunakan secara eksklusif dalam menerapkan memori. Dan sepertinya cocok dengan karakteristik memori yang diinginkan banyak orang, kecepatan akses yang cepat, berukuran kecil, dan mampu menyimpan data lebih banyak.

Jenis Memori Utama Semikonduktor
Ada dua jenis memori utama semikonduktor, RAM dan ROM. RAM dibungkus dalam paket berbentuk chip dan cara akses memorinya menggunakan cara random-access. Random yang dimaksud tidak berarti “acak”, tetapi merupakan konsep dimana kita dapat mengakses lokasi yang acak (any address, any time) dan waktu akses yang sama. Karena chip RAM dibuat dengan bahan semikonduktor, maka data dapat diakses dengan sangat cepat (tanpa latency mekanis). Latency adalah gabungan antara access time
dengan cycle time. Access time adalah interval waktu yang terjadi selama request data (penulisan data) sampai data dikirim (stored), sedangkan cycle time adalah selang waktu yang terjadi selama memori diakses sampai memori tersebut dapat diakses kembali dalam kata lain waktu antara request data.

Satuan penyimpanan dasar yang digunakan dalam RAM semikonduktor adalah sel (satu bit per sel). RAM semikonduktor dibuat dalam bentuk paket chip. RAM semikonduktor ini dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu SRAM (Static RAM) dan DRAM (Dynamic RAM). SRAM (Static Random Access Memory) merupakan tipe memori
tercepat setelah memori register. RAM jenis ini digunakan pada cache memory—memori sementara yang berisi salinan sebagian memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memory, maka dilakukan pemeriksaan untuk
mengetahui apakah word itu terdapat pada cache. Bila sudah ada, maka word akan dikirimkan ke CPU. Sedangkan bila tidak ada, blok memori utama yang terdiri dari sejumlah word yang tetap akan dibaca ke dalam cache dan kemudian akan dikirimkan ke CPU. Cache memory sekarang sudah ditempatkan/ditanamkan langsung di processor atau biasa disebut on chip cache. Dibandingkan dengan suatu cache yang dapat dijangkau melalui bus eksternal (cache memory di luar processor), on chip cache ini mampu mengurangi aktivitas bus eksternal processor sehingga mampu meningkatkan waktu eksekusi dan meningkatkan performa sistem secara keseluruhan. Jumlah memori cache dalam satu komputer umumnya adalah dua
buah, cache memory level 1 (L1 cache) dan cache memory level 2 (L2 cache). L1 cache memory mulai ditanamkan langsung di processor sejak dikembangkannya processor Intel 486 dan ditanam di dekat blok CU (Control Unit). Memori ini memiliki kapasitas paling kecil, tetapi memiliki kecepatan akses dalam hitungan nano detik. L2 cache sekarang juga sudah diintegrasikan di dalam processor. Kapasitas memorinya lebih besar dari L1, berkisar paling kecil 256KB dan processor Intel Core2Duo terbaru (kode Wolfdale, dibuat dengan mesin wafer 45nm) sudah menggunakan L2 cache berkapasitas 6MB. Biasanya, L2 cache yang besar digunakan pada komputer server.

Karakteristik memori jenis SRAM ini adalah 8—16 kali lebih cepat dari DRAM (Dynamic Random Access Memory), stabil (tidak perlu refresh tegangan, konten akan disimpan sampai tidak ada arus listrik), hemat daya listrik, menggunakan transistor untuk menyimpan bit informasi sehingga relatif kebal (insensitive) terhadap gangguan elektronis. Dengan karakteristik seperti tadi tentunya akan membuat harganya sangat mahal, mencapai seratus kali harga DRAM.

DRAM mempunyai karakteristik seperti SRAM, hanya lebih lambat dan memerlukan refresh tegangan dan kapasitas yang lebih besar dari SRAM. Karena perbedaan karakter itulah memori DRAM ini digunakan sebagai memori utama. DRAM ini tersusun atas sel-sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor. Memori jenis ini disebut dynamic karena hanya menampung data dalam periode relatif singkat dan memerlukan refresh berkala. Secara internal setiap sel yang menyimpan satu bit data mempunyai satu buah kondensator. Kondensator ini yang menjaga tegangan agar tetap mengaliri transistor sehingga tetap dapat menyimpan data. Oleh karena itu, penjagaan arus itu harus dilakukan setiap beberapa saat (refreshing) dan proses ini memakan waktu yang lebih banyak daripada memori jenis SRAM.

Beberapa jenis DRAM antara lain: EDRAM (Enhanched DRAM), CDRAM, RAMlink, FPM (Fast Page Memory), ECC (Error Correcting Code), EDO (Extended Data Output), SDRAM (Synchronous Dynamic RAM), RDRAM (Rambus Direct RAM), DDRRAM (Double Data Rate RAM).

EDRAM (Enhanched DRAM) merupakan model DRAM yang paling simpel dan memiliki SRAM cache yang terintegrasi di dalamnya. Dalam model EDRAM 4 bit, SRAM cache-nya akan menyimpan seluruh isi dari baris
terakhir yang dibaca, dimana terdiri dari 2048 bit, atau 512x4 bit potongan. Sebuah komparator menyimpan 11 bit nilai dari alamat baris yang sering diakses. Jika akses selanjutnya pada baris yang sama, maka hanya membutuhkan akses terhadap SRAM cache yang tepat.

CDRAM merupakan DRAM yang memiliki SRAM cache di dalamnya yang ukurannya lebih besar dari EDRAM. SRAM ini dapat digunakan dalam dua arah. Pertama, dapat digunakan sebagai cache memory yang sebenarnya (mengandung 64 bit lines). Kedua, SRAM-nya dapat digunakan sebagai buffer memory untuk akses serial dari blok data.

RAMlink merupakan inovasi radikal/ekstrim pada DRAM tradisional. RAMlink ini lebih memfokuskan pada interface memory dan processor daripada arsitektur internal dari chip DRAM.

FPM (Fast Page Mode) adalah RAM model lama untuk PC sebelum EDO (Extended Data Output) dikenalkan ke publik. Dengan menggunakan modul SIMM (Single Inline Memory Module) 2, 4, 8, 16, atau 32 MB. Khususnya, ditemukan dalam versi 60 ns atau 70 ns. 60 ns paling cepat dan yang pertama digunakan. Pengguna komputer tidak dapat mencampur modul memori dengan kecepatan berbeda dalam satu motherboard yang sama.

EDO(Extended Data Output) RAM adalah perbaikan FPM RAM. Data dibaca lebih cepat. Data keluaran yang valid dari EDO memerlukan waktu yang lama. Dengan perubahan dari FPM ke EDO, dapat diharapkan sebuah peningkatan hasil 25 %. EDO RAM biasanya tersedia dalam versi 60 ns. Versi 50 ns
tersedia dengan biaya yang lebih mahal.

RDRAM adalah memori yang lebih memfokuskan diri pada masalah bandwith. RDRAM memliki chip yang dipasang secara vertikal, semua chip berada pada satu sisi. Chip akan melakukan pertukaran data dengan processor melalui 28 jalur (kabel) yang tidak lebih panjang dari 12 cm. Bus-nya sendiri dapat menampung alamat hingga lebih dari 320 RDRAM chip dan dengan rata-rata kecepatan sekitar 500 MBps. Karena itulah RDRAM memiliki kecepatan yang jauh lebih besar daripada tipe DRAM yang lain. Karena itu juga RDRAM memiliki harga jual lebih tinggi dibanding SDRAM.

Berikutnya adalah SDRAM yang menggantikan posisi EDORAM. SDRAM ini adalah salah satu jenis DRAM yang operasinya disinkronisasikan langsung dengan sinyal clock. SDRAM muncul di pasaran dengan ukuran 64
bit (sepanjang 168 pin DIMMs). SDRAM hanya mengakses 6—12 ns Pada frekuensi kerja 66 MHz. Kemudian muncul pula pada frekuensi kerja 100 dan 133 MHz. Standar SDRAM melakukan operasi pada sisi sinyal clock tinggi. Tersedia perangkat memori serupa, yang mengakses sel array dengan cara yang sama, tetapi mentransfer data pada kedua sisi clock (saat kondisi tepi). Latency perangkat ini sama dengan standar SDRAM. Namun, karena mentransfer data pada kedua sisi clock, maka bandwidth perangkat tersebut pada dasarnya dua kali lipat untuk transfer burst panjang. Perangkat tersebut dikenal dengan nama double data rate SDRAM. DDR SDRAM (Double data rate SDRAM) adalah versi clock ganda SDRAM, yang mengganti SDRAM mulai 2001 hingga sekarang. Dan sampai sekarang tipe DDR SDRAM inilah
yang terus dikembangkan.

Tipe DDR untuk memori utama sudah mencapai pada DDR III dengan bus minimal 1200 MHz. Namun, DDR III masih fresh dan belum banyak tersedia di pasaran. Selain harganya juga masih mahal, RAM tipe ini juga membutuhkan motherboard dengan processor dengan FSB (Front Side Bus) tinggi (minimal 1333 MHz). Contoh motherboard yang sudah kompatibel dengan RAM DDR III adalah motherboard dengan chipset Intel X38, X48.

Sedangkan RAM untuk GPU atau yang biasa disebut GDDR/VRAM sudah mencapai tipe DDR V, tetapi tipe ini belum beredar di pasaran. Di pasaran baru sampai pada tipe DDR IV (AMD Radeon HD2600, HD2900, dan HD3870) saja.

Tipe memori utama semikonduktor yang ke-2 adalah ROM (Read Only Memory). ROM dapat menyimpan data secara permanen dan hanya bisa dibaca. Namun, dua masalah yang terdapat pada ROM adalah langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi dan tidak boleh terjadi
kesalahan (error). ROM terdiri dari beberapa jenis lagi yaitu : (a)Programmable ROM (PROM), (b)Erasable PROM (EPROM), (c)Electrically EPROM (EEPROM), dan (d)Flash Memory.

1. Progammable ROM (PROM)
Bersifat nonvolatile dan hanya bisa ditulisi sekali saja. Proses penulisannya dibentuk secara elektris dan memori ini memerlukan
peralatan khusus untuk proses penulisan atau “pemrograman”. Prosesnya adalah PROM awalnya terhubung (status=on, 1). Programmer akan memutuskan hubungan tersebut (status=off, 0) dengan mengirimkan voltase tinggi pada baris dan kolom yang tepat. Proses ini disebut "burning".

2. Erasable PROM (EPROM)
Dapat dibaca secara optis dan ditulisi secara elektris. Sebelum operasi write, seluruh sel penyimpanan harus dihapus menggunakan radiasi sinar ultra-violet terhadap keping paket. Proses penghapusannya dapat dilakukan secara berulang, setiap penghapusan memerlukan waktu 20 menit. Untuk daya tampung data yang sama EPROM lebih mahal dari PROM.

3. Electrically EPROM (EEPROM)
Dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapus isi sebelumnya. Operasi write memerlukan waktu lebih lama dibanding operasi read. Gabungan sifat kelebihan non-volatility dan fleksibilitas untuk update dengan menggunakan bus control, alamat dan saluran data. EEPROM lebih mahal dibanding EPROM.
4. Flash Memory

Sumber-sumber:

http://www.unhas.ac.id/rhiza/arsip/Arsitektur%20Komputer/arsitektur%20komputer/modul_11_-_memori.pdf [diakses pada 8 Mei 2008 jam 07:52:51 WIB]
http://www.cs.ui.ac.id/WebKuliah/IKI30210/Kuliah/K-Mem-Intro-Notes.pdf [diakses pada 8 Mei 2008 jam 09:08:19 WIB]
http://students.ee.itb.ac.id/xenon_mycross/study/arsiskom/tugas%20akhir.pdf [diakses pada 8 Mei 2008 jam 08:04:13 WIB]
http://p4tkipa.org/data/CNT.pdf [diakses pada 8 Mei 2008 jam 08:01:45 WIB]
http://118.98.160.245/download/materi/Arsitektur%20Komputer/TK304524ArKomp%20bab1.doc [diakses pada 8 Mei 2008 jam 07:59:43 WIB]
http://www.ajaib.us/dl/InternalMemory.doc [diakses pada 8 Mei 2008 jam 07:47:05]
http://www.id.wikipedia.org/wiki/semikonduktor [diakses pada 8 Mei 2008]