”NANDフラッシュメモリの構造”

Tips.NANDフラッシュメモリの構造

NANDフラッシュメモリの構造

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○記録方式の違い SSDはNANDという半導体に電荷を溜めることで、“１”と“０”を記録します。 ここではわかりやすくするために、1ビットで記録するSLCで説明します。 電荷がない空の状態を“１”、電荷を満タンに溜めた状態を“０”とします。 分かりやすくするために、次のようにイメージしてみてください。 竹カゴ（NAND素子のトンネル酸化膜）にビー玉（電荷）を入れます。満タンが“０”で空が“1”です。ただし、竹カゴにビー玉をいれるには、竹カゴの底から竹の隙間に強引にビー玉を押し込んで入れます。 反対にビー玉を抜くときは、竹カゴの上からビー玉を竹の隙間に押し付けて下に落します。 何度もビー玉を出し入れしていると、竹かごの網目の隙間が大きくなってビー玉を押し付けなくても落ちてしまうようになります。色々な手法ですぐにはエラーが起きないように工夫されていますが、大きな穴が沢山空いてしまうと、本来溜めたはずのビー玉が無くなってしまう、つまりデータが“０”から”1”に変わってしまうという事が起きます。 この状態が書き込んだはずのデータが勝手に化けてしまうという、NANDの寿命です。具体的にはNANDの書込み回数には、上限がありそれを越えるとエラーが多発するようになります。 ○書込み回数の制限 SSDには書込み回数の制限（PEサイクル：「Program/Erase cycles」Flashメモリーの書換え回数）があります。 HDDには事実上書込み回数の制限はないのですが、SSDには存在します。制限回数を越えて書込みを行うと、データが化ける可能性があります。その回数がNANDの種類によっておおよそ決まっています。MLCタイプで約3,000回と言われています。 システム側でこの制限を越えないようにデータの書き込みをしなければいけないという事になります。HDDでは意識しなかった書込み回数をSSDではコントロールしないといけないわけですから、単純な置き換えでは問題が生じる可能性があるわけです。 書込み回数はほぼ制限なし MLCタイプで約３０００回 ○NANDの品質の問題 巷では、NANDの品質には差があるのでは・・という憶測が飛び交っているようですが実際はどうでしょうか。弊社の多くの評価結果からすると、品質の差は存在します。 本来3000回のPEサイクルが期待されるNANDが半分以下の寿命しか持たなかったなどといった事例が存在します。 品質のよいNANDフラッシュを搭載したSSDを選ぶのが重要です。 ○寿命は計算できる ずばり、下記の計算式になります。 寿命　＝（（容量　×　PEサイクル数）／NAND書込み回数）／３６５ ここで注意が必要なのですが、システム側の書込み数と実際にSSD内部でのデータの書き込み数は異なっているのが普通ですので、それを考慮する必要があります。システム１の書込みに対して、SSD内部が何倍になっているかをWAF（Write Amplification Factor）として表します。 SSDの寿命に関わる要因は多くあります。書込み回数、NANDの品質、温度、SSDコントローラーの制御技術など理解して使うことがトラブル回避のポイントとなります。

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