Sejarah RAM: Asal-usul, Penemuan, Penggunaan, dan Generasi dari Core Memory sampai DDR5

Setiap kali Anda membuka program, berpindah antartab browser, atau bermain game, komputer menyimpan data sementara di memori. Ketika program selesai atau mesin dimatikan, data itu hilang. Memori jenis ini adalah RAM, singkatan dari Random Access Memory, dan ia menentukan seberapa responsif komputer terasa, dari mesin paling awal sampai hari ini. Artikel ini menjelaskan bagaimana RAM bermula, cara kerjanya, bagaimana ia berkembang melalui generasinya, dan cara memilih jenis yang tepat untuk pemakaian nyata.

Apa itu RAM, dan bagaimana bedanya dengan penyimpanan

RAM adalah memori yang bisa dibaca dan ditulis prosesor secara langsung dan cepat. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai sebuah lokasi kurang lebih sama di mana pun data berada. Kata "random" menggambarkan kemampuan ini, berbeda dengan pita magnetik yang harus digulung maju untuk mencapai posisi tertentu.

RAM harus dipisahkan dari penyimpanan seperti hard drive dan SSD. RAM jauh lebih cepat tetapi kehilangan isinya ketika daya dicabut. Penyimpanan lebih lambat tetapi menyimpan data secara permanen. Perbandingan yang berguna adalah meja dan lemari arsip. Meja menampung pekerjaan yang sedang Anda kerjakan sekarang dan bisa menampung banyak, sedangkan lemari menyimpan dokumen selama bertahun-tahun tetapi butuh waktu lebih lama untuk mengambilnya.

Mesin awal: tabung sinar katoda, saluran tunda merkuri, dan core memory

Sebelum chip memori ada, perancang komputer awal harus mencari cara lain untuk menyimpan data. Pada tahun 1948 Small-Scale Experimental Machine di Universitas Manchester memakai tabung Williams, tabung sinar katoda yang menyimpan bit sebagai titik bermuatan di layar. Memori ini cepat tetapi tidak andal, karena muatannya memudar dan harus terus disegarkan.

Pendekatan lain adalah saluran tunda merkuri, yang mengirim sinyal melalui tabung merkuri. Data beredar terus-menerus sampai dibutuhkan. Mesin seperti EDSAC di Inggris dan UNIVAC di Amerika Serikat memakai metode ini, tetapi harus menunggu data berputar kembali sehingga aksesnya lambat.

Teknologi awal yang paling sukses adalah magnetic core memory, yang dikembangkan di MIT pada awal 1950-an untuk komputer Whirlwind, di bawah pimpinan Jay Forrester. Memori ini terdiri dari ribuan cincin ferit kecil yang dilewati kawat. Setiap cincin menyimpan satu bit sebagai arah medan magnetnya, searah atau berlawanan arah jarum jam. Core memory tetap menyimpan isinya ketika daya hilang, itulah sebabnya ia tetap dipakai selama puluhan tahun, meskipun pembuatannya padat karya dan mahal. Istilah "core" masih bertahan dalam bahasa teknis, jauh setelah cincin itu hilang dari komputer.

Dari transistor ke chip DRAM

Ketika transistor dan sirkuit terpadu menyebar pada tahun 1960-an, gagasan menyimpan data pada chip silikon mengikuti. Pada tahun 1966 Robert Dennard di IBM merumuskan prinsip DRAM, atau Dynamic RAM. Setiap bit disimpan sebagai muatan listrik dalam kapasitor kecil yang dipasangkan dengan satu transistor. Desain ini memakan sangat sedikit ruang, tetapi muatannya bocor seiring waktu, sehingga data harus disegarkan secara berkala. Kebutuhan itulah yang memberi teknologi ini namanya.

Chip DRAM komersial pertama adalah Intel 1103, yang dirilis pada 1970 dengan kapasitas satu kilobit. Harga dan keandalannya membaik sampai core memory mulai digantikan pada awal 1970-an. Produsen lain menyusul dengan chip yang lebih besar. MK4096 dari Mostek, perangkat 4-kilobit, muncul pada 1973, dan MK4116-nya, perangkat 16-kilobit, hadir pada 1977 serta menjadi komponen standar di banyak komputer awal.

Di samping DRAM, SRAM (Static RAM) memakai transistor untuk menyimpan data tanpa perlu disegarkan. SRAM lebih cepat dan memakai daya lebih sedikit dalam keadaan stabil, tetapi memerlukan lebih banyak transistor per bit, sehingga lebih mahal dan kapasitasnya lebih kecil. SRAM menjadi standar untuk cache prosesor, sedangkan DRAM menjadi memori utama sistem.

Era PC awal: dari 16 kilobyte sampai megabyte

IBM PC tahun 1981 hadir dengan memori dasar 16 atau 64 kilobyte, dengan chip DRAM yang disolder satu per satu di motherboard. Menambah memori berarti memasang chip satu per satu, yang kadang harus dilakukan sendiri oleh pengguna.

Pada pertengahan 1980-an, desain baru mengumpulkan beberapa chip ke dalam papan kecil yang disebut SIMM, atau Single In-line Memory Module. SIMM pertama memiliki 30 kontak, yang membuat pemasangan jauh lebih mudah. Pada pertengahan 1990-an, SIMM 72-pin menggantikannya, menyediakan jalur data 32-bit yang sesuai dengan prosesor generasi 486 dan Pentium.

Kapasitasnya masih kecil. Komputer dengan 4 megabyte dianggap cukup pada awal 1990-an. Windows 95, yang dirilis pada 1995, merekomendasikan minimal 8 megabyte, dan banyak mesin dalam praktik membutuhkan lebih banyak. Pada masa inilah pengguna biasa mulai memperhatikan jumlah RAM di komputer mereka.

SDRAM: memori yang tersinkron dengan clock

DRAM lama bersifat asinkron, artinya tidak mengikuti clock sistem, sehingga prosesor sering harus menunggu. Selama 1990-an, FPM DRAM dan EDO DRAM meningkatkan kecepatan baca selangkah demi selangkah. Kemajuan yang lebih besar adalah SDRAM, atau Synchronous DRAM, yang mengaitkan operasi memori dengan clock sistem, sehingga baca dan tulis dapat selaras lebih efisien dengan prosesor.

SDRAM menyebar luas pada awal 1990-an, dan pada 1997 DIMM 168-pin telah menjadi standar. DIMM menyediakan jalur data 64-bit, membuat ekspansi memori lebih efektif dibanding modul sebelumnya. Pada periode yang sama, Rambus mempromosikan RDRAM, yang sempat didukung Intel. Biayanya yang tinggi dan produksinya yang terbatas membuat teknologi ini tidak pernah mencapai popularitas yang diharapkan pendukungnya.

DDR dan generasi yang berganti setiap beberapa tahun

Double Data Rate, atau DDR, mentransfer data pada sisi naik dan sisi turun sinyal clock. Ini menggandakan laju data tanpa memerlukan frekuensi clock yang jauh lebih tinggi. DDR SDRAM distandarisasi oleh JEDEC pada 2000 dan masuk pasar tahun itu, beroperasi pada 2,5 volt.

Sejak itu, standar DDR berpindah ke generasi baru kira-kira setiap lima sampai tujuh tahun. Setiap generasi menurunkan tegangan operasi untuk menghemat daya dan mengurangi panas, sambil menaikkan laju data.

Setiap generasi memiliki lekukan (notch) di posisi yang berbeda pada konektor tepi, sehingga modul dari satu generasi umumnya tidak akan muat di motherboard yang dirancang untuk generasi lain, meskipun keduanya tampak sangat mirip. Inilah alasan RAM harus sesuai dengan motherboard.

SO-DIMM, ECC, dan LPDDR

Laptop memakai modul yang lebih kecil bernama SO-DIMM, kira-kira setengah panjang DIMM desktop, agar muat di casing yang lebih tipis.

Server dan workstation yang membutuhkan keandalan tinggi memakai memori ECC (Error-Correcting Code). Memori ini memiliki rangkaian tambahan yang mendeteksi dan memperbaiki kesalahan bit yang disebabkan radiasi atau derau listrik. Memori ECC dan non-ECC bekerja dengan prinsip dasar yang sama, tetapi ECC memiliki chip tambahan untuk menyimpan data pemeriksaan.

Ponsel pintar dan tablet memakai LPDDR, atau Low Power DDR, yang dirancang agar menggunakan energi sekecil mungkin sehingga baterai lebih awet. Dalam banyak kasus, memori ini disolder langsung pada kemasan chip, sehingga tidak bisa diganti secara terpisah.

Memori grafis dan HBM

Kartu grafis memakai memori yang dibuat untuk bandwidth yang sangat tinggi, dikenal sebagai GDDR. Teknologi ini berkembang dari GDDR5, GDDR6, GDDR6X, hingga GDDR7. GDDR menekankan pemindahan data dalam jumlah besar setiap detik ketimbang latensi rendah, sehingga cocok untuk grafis dan komputasi paralel skala besar.

Untuk kecerdasan buatan dan server berkinerja tinggi, HBM (High Bandwidth Memory) menumpuk beberapa die DRAM secara vertikal dan menghubungkannya ke prosesor melalui antarmuka yang sangat lebar. Ia menyediakan bandwidth jauh lebih besar per satuan luas dibanding GDDR, tetapi pembuatannya lebih mahal dan kompleks.

Kapasitas dan kecepatan dari waktu ke waktu

Pada tahun-tahun awal, komputer biasa memiliki memori yang diukur dalam kilobyte. Kini, komputer pribadi biasa memiliki 8 sampai 32 gigabyte, sementara workstation dan server bisa memiliki ratusan gigabyte. Kapasitas DRAM tumbuh seiring mengecilnya transistor dan teknik penumpukan, tetapi pengecilan semakin sulit dan mahal setiap tahun, sehingga pertumbuhan kapasitas melambat dibanding dekade-dekade awal.

Kecepatan yang dirasakan pengguna terutama bergantung pada laju data dan latensi. Latensi sering dinyatakan sebagai CL, jumlah siklus clock antara perintah dan tersedianya data. Pada laju data yang sama, CL yang lebih rendah memberi respons yang lebih cepat, jadi angka frekuensi saja tidak menceritakan keseluruhan kisahnya.

Cara RAM bekerja di dalam sistem

Prosesor tidak membaca dari RAM setiap kali membutuhkan data. Ia memiliki beberapa level cache (L1, L2, dan L3) yang menyimpan data yang sering dipakai di dekat inti. Ketika data yang dibutuhkan tidak ada di cache, prosesor mengambilnya dari RAM, yang beberapa kali lebih lambat daripada cache. Jika data juga tidak ada di RAM, sistem operasi memakai memori virtual, yang meminjam ruang dari penyimpanan. Itu jauh lebih lambat lagi, dan ketika sistem terus-menerus menukar data bolak-balik, komputer langsung terasa lamban.

Sistem operasi mengelola RAM dengan membaginya menjadi halaman (page) dan menugaskannya ke program. Jika total kebutuhan melebihi kapasitas fisik, sebagian halaman ditulis sementara ke disk. Inilah sebabnya membuka terlalu banyak program membuat komputer melambat.

Produsen dan siklus harga

Pasar DRAM didominasi oleh sejumlah kecil produsen, termasuk Samsung, SK hynix, dan Micron. Pasar ini memiliki siklus naik turun harga yang jelas. Ketika kapasitas produksi melebihi permintaan, harga turun dengan cepat, dan ketika permintaan melampaui pasokan, harga naik. Karena itu para penggemar sering melihat harga RAM berubah tajam dalam waktu singkat.

Memilih RAM sesuai kebutuhan

Memilih RAM tidak hanya melihat angka kapasitasnya.

Pelajaran dari sejarah RAM

Kesimpulan

Dari tabung sinar katoda dan core magnetik pada 1950-an sampai chip DDR5 masa kini, RAM telah berkembang dari peralatan besar dan mahal menjadi komponen standar yang kecil, murah, dan cepat. Memahami strukturnya membantu Anda memilih dan merawat mesin Anda, dan menjelaskan mengapa menambah RAM kadang membuat komputer terasa jauh lebih lancar dibanding meningkatkan prosesor.