もっと詳しく、SSDを解説

NAND型メモリについて

NAND型メモリは、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）

実際にデータが蓄えられる「NAND型メモリ」について解説しましょう。
ちゃんと呼ぶなら「NAND型フラッシュメモリ・チップ」です。半導体メモリの1つですね。
フラッシュメモリとは、SDカードやUSBメモリにも使われる不揮発性メモリ。通電しなくてもデータを保持できます。なお、DDR2やDDR3メモリは通電しないとデータが消える揮発性メモリですが、不揮発性メモリより高速です。

NAND型とは

NAND型はSSDやUSBメモリキー、SDカードなどに使われます。 集積度を上げられるので大容量化が可能で、書き込み速度はNOR型よりも速いです。信頼性はNOR型より劣るため、エラーを訂正する機能が必要となります。そのため、SSDにはメモリコントローラーを内蔵しています。
（NOR型は、データ耐久性の信頼性が高いため、書き換える機会が少ないファームウェアやBIOSなどに使われます。 ）

NAND型メモリの種類（SLCとMLC）

フラッシュ・メモリは、セル（記録素子）ごとの記録量の違いでSLCとMLCのタイプがあります。SLCは高速性と信用性でMCLに勝りますが、容量が少ないうえに高価。
そのため、SLCより性能が劣りますが、大容量化しやすく安価なMCLが主流です。

SLC（シングル Level Cell）
1セルに1ビットのデータを記録。 耐久性、書き込み速度でMLCに勝るかわりに、大容量化しにくく高価格。 頻繁に書き込みがされ、かつ、耐久性も重視されるサーバーなどに向いている。

MLC（マルチ Level Cell）
1つのセルに2ビットのデータを記録。 耐久性、書き込み速度でSLCに劣るかわりに、大容量化しやすく低価格。 SSDは、このMLCが一般的に普及していくと推測されます。

キャッシュメモリについて

キャッシュメモリは、NAND型メモリの管理情報、またはデータのキャッシュに使われます。容量の少ない書き込みでは、とくに速度アップに貢献します。
キャッシュメモリの種類はパソコンのメインメモリと同じDRAMなので、通電中にしかデータを記憶できません。

容量は16MB、32MB、64MB、128MBがあり、256MBという大容量のSSD製品もあります。SSD製品によっては容量未公開の場合もあります。

NANDメモリコントローラーについて

SSDの性能が決まる「NANDメモリコントローラー」について解説します。
NAND型メモリは、BIOSを保存するNOR型やHDDと比べるとデータの耐久性が劣るため、それをコントロールする機能が重要になります。それがNANDメモリコントローラーです。
データが蓄えられるNAND型メモリの性能差は、どの製品も似たりよったりですが、このNANDメモリコントローラーでSSDの基本性能が決まると言えます。では、NANDメモリコントローラーが持つ、機能の一部を紹介します。

ウェアレベリング

NAND型メモリは保存ブロックの上書きができません。ブロックコピーと呼ばれる処理を行います。一度、ブロック単位で完全消去したあと、別のブロックにバックアップしたデータに変更を加え、もとのブロックに書き戻す処理を行います。
これは少しのデータ変更でも無駄な書き込みが発生する、困った仕様です。
そのため、ウェアレベリングが記録エリアの記録回数を監視し、同じエリアに記録が集中しないように平準化します。劣化でデータ化けの原因となるトンネル酸化膜の保護にもなります。つまり、SSDの寿命を延ばす機能。

不良ブロックの管理

エラーが発生して読み書きに問題があった記録エリアを登録し、2度と使わないようにする機能。

エラー訂正機能

NAND型メモリに記録したデータの信用性を確保する機能。

現在、主流のNANDメモリコントローラー

Indilinx製のBarefoot、Intel製のPC29AS21AA0、JMicron製JMF612、
Samsung製のS3C29RBB01-YK40、東芝製のT6UG1XBG

JMicron製のJMF602ではプチフリという一時的なフリーズ現象が確認されましたが、Indilinx製のBarefootをはじめ、プチフリしないことを売りにしたコントローラーが登場してきています。このあたりが、第2世代のＳＳＤのコントローラーです。
ただし、使い込んでいくとベンチマークの成績が悪くなるなどの問題点が報告されているので、SSDはまだ発展途上であるパソコンパーツですね。

※Trimコマンドとは
Windowsのゴミ箱に不要なファイルを入れて消去しても、記録媒体にはデータが残っています。ユーザーからは消えてなくなったように見えますが、この消去は消去マークが付くだけで記録エリアから消去されていません。Windowsが別途消去命令を出すまで、残っています。そこで、Trimコマンドです。不要なファイルだという情報をあらかじめSSDに伝えることで、SSDは最適な消去タイミングを図ることができます。

SSDは、空白の記録エリアに書き込むときは問題ありませんが、不要となったデータが記録されているエリアへの上書きができません。一度、消去して空白にしてから書き込みます。これが前述したブロックコピーですね。
そういう仕組みのため、不要となったデータを消去するタイミングが快適アップの肝になるわけです。

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