ソリッドステートドライブのしくみ

ソリッドステートドライブ（SSD）は、現在、一般的なストレージデバイスです。しかし、人気の高まりが理解の高まりを意味することはめったにありません。 SSDがどのように機能するかよくわからない場合は、あなただけではありません。ここでは、フラッシュメモリ（別名NANDメモリ）が実際にどのように機能するか、NANDのさまざまな「レベル」が何を意味するか、そして今日のSSDでお得な情報を入手する方法について説明します。

NANDメモリとは何ですか？

コンピュータプロセッサとメモリは論理ゲートから構築されています。これらは、1と0を処理するコンピューターの能力の物理的な兆候です。それらの入力に基づいて、それらは特定の出力を提供します。ゲートの種類が異なれば、入力の処理も異なります。非常に大まかに言えば、これらのゲートを注意深く組み合わせることで、コンピューターは2つの数字の加算から写真の認識まで、あらゆることを実行できます。

SSDメモリは、論理ゲートの一種であるNANDゲートから構築されています。 NANDは「ANDではない」の略で、一般的な「AND」論理ゲートの逆です。

論理ゲートはどのように情報を保存できますか？

NANDゲートには、ほとんどのタイプの論理ゲートでは共有されない特別な特性があります。 NANDゲートは、フリップフロップゲートと呼ばれるものを作成するために使用できます。これは、非常に特殊な方法で一緒に配線された2つのNANDゲートから作られた回路です。上記のように、各NANDゲートの出力はそのパートナーの入力に配線されています。

この配線により、電力を使用せずに1と0を長期間保存できます。したがって、適切な配線があれば、NANDゲートは1ビットのコンピュータメモリを作成できます。たくさんのNANDゲートを組み合わせると、たくさんのビットを格納できます。そして、それがフラッシュメモリ、そして最終的にはSSDを作るものです。

SLC、MLC、TLC、QLCとは何ですか？

フラッシュストレージは、ビットを格納するセル上に構築されています。ストレージの最も基本的な手段は、「シングルレベルセル」またはSLCです。これらのセルは、オンとオフを示すために0または1に設定できます。これらのセルは高速で耐久性がありますが、多くのストレージを提供しません。それを増やすには、セルごとに複数のビットを格納する必要があります。

そこで、マルチレベルセル（MLC）が登場します。これらのセルは、4つのレベルの電荷を利用して、1つのトランジスタに2ビットの情報を格納します。たとえば、0v、1v、2v、および3vを使用して、00、01、10、および11をバイナリで表す場合があります。これらのセルはより多くのデータに適合しますが、保存と取得のためのより正確な技術も必要です。

最新のSSDは、3レベルセル（TLC）上に構築されており、各セルに3ビットを格納できます。これには、さらに正確な製造が必要であり、速度と信頼性を犠牲にしてコストと容量が増加します。

次のステップは、クアッドレベルセル（QLC）です。 IntelとMicronはこのためのプロセスを開発しましたが、まだ何年もの間、大量に採用されることはないでしょう。

3D NANDとは何ですか？

初期のSSDは、コンピュータープロセッサのように製造されていました。それらは2次元平面上に作成され、ダイを構成するトランジスタを縮小することで容量と速度が向上しました。ダイに取り付けることができるトランジスタの数が多いほど、より多くのデータを保存できます。ただし、CPUトランジスタとは異なり、SSDトランジスタは15nmよりはるかに低くすることはできません。これは、そのレベルで、電子が近くのトランジスタに漏れ始め、データを破壊する可能性があるためです。

この制限を回避するために、メーカーは3DNANDを作成しました。ここでは、トランジスタも互いに積み重ねられています。この3次元プロセスは、V-NANDと呼ばれることもあり、最大64層のトランジスタが1つのダイを占有することを可能にします。これにより、ストレージの可能性が1桁増加します。

トレードオフは、3D NANDがトランジスタの超精密カラムを作成するために、非常に正確な製造技術を必要とすることです。これは、MLC、TLC、およびQLCタイプのSSDにとって特に重要です。これらのSSDは、正しく機能するためにすでに高精度の製造が必要です。しかし、それでも現代の市場を引き継ぐことはできません。

すべてがどのように組み合わされるか

多くのファブが3DTLCNANDドライブを出しているが、高速で適度に大きく、突然非常に安価なMLCドライブの在庫がまだかなりある。掘り出し物を探しているなら、今が購入の時です。これは少し古いテクノロジーですが、主な違いはパフォーマンスではなくストレージサイズにあります。 3D MLC NANDドライブに十分な大きさのお買い得品がある場合は、遠慮なく急いでください。

すべての電子機器と同様に、メーカーの信頼性の歴史は非常に重要です。安価な名前のないドライブは、古いプロセスノードで作成されるか、許容誤差が緩くなる可能性があります。それらはまた、より目の肥えた製造業者の残り物から来ることができ、ちょうど機能的で十分な残り物をあなたに売ります。どちらも長期的な成功の秘訣ではありません。

SSD技術の次の大きな革命は、同じまたは同様の電力レベルで非常に大きな容量をもたらすでしょう。ファウンドリが新しいプロセス設計に必要な技術を経験するにつれて、これらは今後数年の間に展開されることが期待できます。

また、SSD、HDD、フラッシュストレージの違いも確認してください。