SSD(NAND型メモリ)は、「絶縁膜、浮遊ゲート、トンネル酸化膜」の層で構成され、浮遊ゲートに存在する電子量によってデータが保存。書き換えを繰り返すと、トンネル酸化膜が劣化し、記録回数に制限。自然放電によってデータ化けがあり、長期保存には向きません。

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SSDの「読み出し・書き込み・消去」の仕組み

NAND型メモリの構造
SSDで採用されているフラッシュメモリ(NAND型メモリ)は、HDDと比べて長期的な保存に向かないとされています。つまりデータの自然消失のリスクです。人によってはHDDの方が長期保存に向かないと言いますが、それは熱による故障や駆動パーツの故障によるデータ消失のことを指していると思います。
個人的には、通電していない状態で保管するならSSDのほうがリスクかと思います。SSDが長期保存に向かない理由をデータ保存の仕組みを踏まえて解説します。

絶縁膜、浮遊ゲート、トンネル酸化膜

絶縁膜
電子を漏らさないための膜

浮遊ゲート
電子を格納するエリアです。浮遊ゲートにある電子量によってデータが保存されます。

トンネル酸化膜
通常は絶縁膜と同じく電子を漏らさない役割ですが、データ書き込みや消去のときは電子が通過する役割をします。

NAND型メモリの断面を見ると、「絶縁膜、浮遊ゲート、トンネル酸化膜」の層で構成されています。浮遊ゲートに存在する電子量によってデータが保存されています。
トンネル酸化膜は電子を通過させる層で、保存時では絶縁膜となり電子を閉じ込めます。データの読み出し、書き込み、消去時には次のような仕組みで行われています。

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データの読み出し

読み出し
保存されているデータを読み出すときは、弱い電圧をかけ、浮遊ゲートにある電子量によって変化する信号を0と1で判別します。(データは0と1の二進法ですから。)
このとき、トンネル酸化膜は、電子を漏らさないように絶縁膜となっています。

データの書き込み

書き込み
データを書き込むときは高電圧をかけます。すると、電子がトンネル酸化膜を通過し、浮遊ゲートに格納されます。

データの消去

消去
データを消去するときは、書き込みと逆方向に電圧をかけます。すると電子がトンネル酸化膜を通過し、浮遊ゲートから放出されます。

SSDでは、書き換え回数に制限

トンネル酸化膜が劣化
SSDのデメリットは、HDDよりも繰り返し書き込みが苦手なことです。つまり、書き換えの回数制限です。それはNAND型メモリの構造上の理由です。
NAND型メモリに対して書き換えを頻繁に繰り返すと、トンネル酸化膜が劣化し、電子が漏れてしまいます。そこで浮遊ゲートの電子量が変わってしまうと、正しくデータが読めません。いわゆる、データ化けです。だいたい、メーカーが公称している書き換え回数の目安は次の通り。

SLC(シングル Level Cell)では⇒5万~10万回ほど
MLC(マルチ Level Cell) では⇒5000~1万回ほど

コントローラーの性能で、ある程度はデメリットをカバー

トンネル酸化膜の劣化は、コントローラーの性能次第である程度回避できます。代表的なのが同じ箇所ばかりに記録させないウェアレべリング機能で、寿命を延ばす工夫もされています。また、不良ブロックの管理などもそのひとつです。SSD製品購入の際は、コントローラの特徴を調べておくとよいでしょう。

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。

SSDが長期保存に向かない理由

自然放電が起き、データ化けの原因
トンネル酸化膜はデータ保持の間、絶縁することで電子の放出を防いでいます。しかし、長期間書き換え作業が行われないと自然放電が起き、データ化けの原因になります。
トンネル酸化膜が繰り返し書き込みで劣化していたら、なおさらです。
個人レベルの使用で3~5年くらいなら問題なさそうですが、通電していない保管であればHDDのほうが有利でしょう。

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