SSD(NAND)で必要な知識

ストレージ基礎知識 ITナレッジ

●SSD / NANDについて
・SSDデバイスの意義
 データの保存先としてはHDD (磁気の仕組みで0と1を表現する)が主流だったが、より高速なSSD(電荷の保持で0と1を表現する)が使用されるようになった

・なぜHDDより速いか
 HDDは内部でプラッタと呼ばれる円盤が回転している。データを読むためには、データが保存している場所まで回転してデータを取りに行かなければならない。SSDはそれがないため高速とされる。

・NANDとSSDの関係
 NANDは半導体を使用し電荷の仕組みで0と1を表現できるようにしたチップ。それをドライブの形としてまとめたのがSSD (Solid State Drive)。

・SSDの寿命
 何回もデータを保存すると、電荷を保持する機構が劣化してくる。これにより、一般的にはSSDには書き込み回数による寿命が存在する。普及期、当初はここを気にする人もいたが、やがて減っていった。

・SSDの種類と特徴
 1つの素子の中にどれだけデータを詰め込むかで種類が異なる。
 一番単純なのは、電荷が入っているか入っていないかの2つの状態で0と1を表現する。(SLC, Single Level Cell)
 更にデータを詰め込もうとすると、電荷が0%, 33%, 66%, 100%入っているかで4つの状態を表すこともできる(MLC, Multi Level Cell)
 SSD普及の黎明期は、SLCとMLCだったが、その後8つの状態を表すTLC(Triple)が普及し、現在は16の状態を表すQLC(Quad)に移行しつつある。

  ①SLC(Single Level Cell)
  ②MLC(Single Level Cell)
  ③TLC(Single Level Cell)
  ④QLC(Single Level Cell)

 HDDの代替を目指す中、業界は大容量化を目指している。しかし、たくさんの情報を含めようと思うとよりデリケートになる。つまり、遅くなり・寿命も短くなる。
  速さ…①>②>③>④
  容量…④>③>②>①
  コストパフォーマンス…④>③>②>①
  耐久性…①>②>③>④

・大容量化を目指す中で生まれた3D NAND
 限られた面積の中になるべく多くのデータを入れられるように1つの素子を小さくする試みが行われていた(微細化)。
 しかし、1素子19nm当たりから電気的な干渉による問題で、小さくするのにも限界を迎えた。
 それを受け、2007年に東芝が基盤を積み上げミルフィーユのように3次元にする3D NANDを開発した。そして、2013年にSamsungが初めて大量生産を開始した。

・現在の普及と今後の流れ
 2020/2現在、64/72層が一番出荷されている
 次いで、90層台が増えている。2020年中に一番になる予定。

 NANDのシェアとしては、
 ・Samsung
 ・Kioxia
 ・Western Digitalが大きい。

●各社のNAND SSD技術開発状況
3D NANDの層(レイヤ)数を多層化するための開発が進んでいる。

◎Western Digital / Kioxia (Toshiba Memory)
・NAND製品・技術
  BiCS2…48層
  BiCS3… 64層
  BiCS4… 96層
  BiCS5… 112層(2020年Q1予定)
  今後…15x⇒200以上になっていく

◎Intel
・NAND製品・技術
  Gen1…32層
  Gen2…64層
  Gen3…96層
  Gen4…144層
  今後…1xx⇒200層以上になっていく

◎Micron
・NAND製品・技術
  Gen1…32層
  Gen2…64層
  Gen3…96層
  Gen4…128層
  今後…1xx⇒200層以上になっていく

◎Samsung
・NAND製品・技術
  V3…48層
  V4…64層
  V5…96層
  V6…128/136層(現在。)
  今後…15x/17x⇒200以上になっていく

◎sk Hynix
  V3…48層
  V4…72層
  V5…96層
  V6…128層
  V7…176層(2020年投入予定)
  今後…200以上になっていく

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