Как известно, переменная в PHP это не только ценные данные, а целый контейнер zval. А массив таких переменных занимает в памяти чересчур много места.
В PHP есть реализация Judy массивов — быстрых, ассоциативных и потребляющих на порядок меньше памяти. Но, к сожалению, методов сериализации\десериализации для них не существует.