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パソ兄さんのパソコン記事 ≫ 2009年11月4日

SSD(Solid State Drive)のトレンド

HDDと同じ役割をするSSDですが、2010年には今まで以上にSSDの需要が高まっていくと思います。Windows 7にはSSDを最適化するサポートが備わっているので、今後も注目されていくことは間違いありません。

SSDとは

SSDとはSolid State Drive。直訳すると「固形状態のドライブ」で、HDDのように機械式駆動構造でなく、メモリチップと基盤で構成されたシンプルな構造です。

上の図は、SSDの内部イラストですが、「データを保存するNAND型メモリ」と「行きかいするデータをコントロールするNAND型メモリコントローラー」、そして「管理情報の保管や一時的なデータキャッシュを行うキャッシュメモリ」で構成されています。
インターフェースはSATAが主流で、HDDを接続する感覚で内蔵できます。サイズはノートで一般的な2.5インチがほとんど。デスクトップ機は3.5インチベイなので、マウンタを取り付けてサイズ調整します。

HDDの内部名称
(参考:)HDDは、ディスク盤、モーター駆動のヘッドで構成されているため、「消費電力が高い、発熱が高い、動作音がする、機械の駆動時間でタイムロス、振動や衝撃に弱い」というデメリットがあります。


SSDのメリット

これらのHDDのデメリットをすべて解消したのがSSDです。基盤とチップだけで構成されているので、HDDにあるデメリットがありません。さらに読み書き、シーケンシャル、ランダムアクセスにおいてすべてを上回る速度を誇ります。

  • ランダムアクセス性能では、HDDの数十倍という結果もあり
  • 機械的な駆動パーツがないので、無音
  • 機械的な駆動パーツがないので、振動や衝撃に強い
  • 機械的な駆動パーツがないので、低消費電力

SSDのデメリット

SSDのデメリットで知られているのは、「1GBあたりの単価が高い」「HDDよりも容量が少ない」ですが、実は実用性にもやや不安要素が残ります。

  • 容量が少ない、価格が高い
  • 書き換え回数に制限がある
  • 長期間書き換えがないと自然放電が起き、データ消失
  • 1世代のSSDは、一時的にフリーズするプチフリ現象が起きる可能性あり
  • 使い込んでいくとベンチマークの結果が悪くなる報告もあり
容量が少ないことや単価が高いところまではいいとして、実用性でHDDに劣る面が気になります。現在は第2世代のSSDが主流となり、SSDの寿命を延ばすコントロール機能追加や一部不都合のあった問題点が解消されています。
SSDの歴史は浅いので、これからというところでしょう。


SSDのデータ保存の仕組み

SSDのデメリットとして、繰り返し保存や長期的な保存に向かないことです。
なぜ、そのようなことになるのか?それはSSDが内蔵するNAND型メモリ(フラッシュメモリ)の構造上の理由からです。まず、NAND型メモリのデータ保存の仕組みを解説します。

SSDに内蔵されているNAND型メモリにデータが記録されています。このNAND型メモリのセル構造を見ると、以下の図のように「絶縁膜、浮遊ゲート、トンネル酸化膜」で構成されています。役割は次の通り。

電子を漏らさないための絶縁膜
電子を格納する浮遊ゲート
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「トンネル酸化膜

データを読み出すとき

データを読み出すとき
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。

データを書き込むとき

データを書き込むとき
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。

データを消去するとき

データを消去するとき
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。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の書き込み制限回数と長期保存について

SSDが繰り返し保存や長期的な保存に向かないのは、上記で解説した構造だからです。

繰り返し保存に不向きな理由
繰り返し保存に不向きな理由
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。
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。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。

NAND型メモリの種類 書き換え回数による寿命の目安
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。
5万~10万回ほど
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。現在の主流。
5000~1万回ほど

長期的な保存に不向きな理由
長期的な保存に不向きな理由
トンネル酸化膜によって絶縁し、電子の放出を防いでいますが、それでも長期間書き換え作業が行われないと自然放電が起き、データ化けになります。

最近のSSDはNANDコントローラーが進化しており、SSDの使い勝手が向上しています。トンネル酸化膜の劣化対策として、同じ箇所ばかりに記録させないウェアレべリング機能があり寿命を延ばす工夫もされています。
個人レベルの使用で、3~5年くらいなら問題視しなくてもいいでしょう。ただ、この点ではHDDが優れていることが理解できます。

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次は、もっと詳しく、SSDを解説

2010年、パソコン・スペックのトレンド

CPUのまとめ その他パーツ・トレンド グラフィックのトレンド OS インターフェース

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