キーホルダーにぶら下がっているフラッシュ ドライブから、すべての携帯電話やすべての SSD に隠された目に見えないチップに至るまで、NAND フラッシュ メモリは長い間、目に見えないアップグレードを完了してきました。データを記録するには、絶縁層に電荷を蓄積するメモリセルに依存します。電源を切っても消えません。小さくて大容量なので、SSDやスマートフォン、メモリーカードなど、さまざまなデバイスに詰め込まれています。
ただし、このテクノロジーには当初から 2 つの固有の欠陥がありました。単位容量あたりのコストが従来のハード ドライブよりも高いこと、書き込みと消去を何度も繰り返すと消耗してしまうこと、そして速度がシステム RAM よりもはるかに遅いことです。ほとんどのユーザーはこれらの問題に気づきません。理由は単純です。最新のストレージ デバイスは、フラッシュ メモリの舞台裏で混乱を解消するのに多くの時間を費やしています。
3D スタッキングと QLC により耐久性を犠牲にしてコストを削減
NAND は、垂直に積層されたメモリ セルの 3D NAND 構造と TLC および QLC 設計を組み合わせることで電流密度を実現できるため、各メモリ セルは 3 ビットまたは 4 ビットのデータを保存できます。このアプローチにより、実際に単位容量あたりのコストが削減され、SSD が回転ディスクや読み書きヘッドに依存しなくても済むようになりました。起動速度や耐衝撃性も向上しました。 SSD に交換した人なら誰でも、コンピュータが起動後、ブラウザを開くまでに長時間「繁殖」する必要がなくなったことを覚えているでしょう。
ただし、各メモリセルが耐えられる書き込みおよび消去の回数には制限があります。詰め込むビットが多いほど、電圧範囲間の誤差マージンが狭くなります。そのため、QLC NAND は通常、単純な設計よりも耐久性とパフォーマンスが低くなります。フラッシュ メモリは消去および再書き込みが可能であるため、「フラッシュ読み取り専用メモリ」という古い名前は実際には少し誤解を招きます。
コントローラは、ウェアレベリング、エラー修正、不安定なブロックの交換、予備容量の保持を通じて、磨耗の問題をユーザーが認識できないレベルまで最小限に抑えます。 TRIM およびガベージ コレクション メカニズムは、NAND のもう 1 つの特徴、つまりデータはより小さいページ単位で書き込むことができますが、消去はより大きなブロック単位で実行できるという問題に対処します。 Samsung は 1TB 990 Pro に対して 5 年間または 600TB の書き込み容量保証を提供していますが、これはハードドライブが 600TB に達した場合に返金されることを意味するものではありません。 Samsung は製品寿命の終了について明確に述べていませんが、重要なデータは依然としてバックアップする必要があります。
耐久性はアルゴリズムで補うことができますが、価格は補うことができません。
磨耗の問題に比べて、価格はフラッシュメモリの欠点であり、それを隠すのはさらに困難です。従来のハード ドライブは、高速性を必要としないバックアップや大規模なメディア ライブラリなどのシナリオでは、依然として安価で大容量のオプションです。 TrendForce の予測によると、NAND の契約価格は、2026 年の第 2 四半期には 1 四半期で 70% ～ 75% 上昇し、第 3 四半期にはさらに 10% ～ 15% 上昇すると予想されています。これは、供給が逼迫していることと、AIおよびデータセンターの需要が増加し続けているためです。
フラッシュメモリにはこうした欠点があるため、実際にフラッシュメモリの交換を検討している人もいます。相変化メモリ (相変化メモリ) は、2006 年にはすでに代替候補とみなされていました。その後、Intel は Optane を発売しましたが、これも DRAM と NAND の間で立ち往生し、NAND よりも高速で耐久性があることに重点を置いていましたが、Intel は 2022 年に Optane を終了し始めました。MRAM、強誘電体メモリなどの研究はまだ進行中ですが、主流のストレージとして NAND を真に置き換えることができる候補はありません。同時に、商用 3D NAND の層数は 300 を超えており、このテクノロジーに停止する予定がないことは明らかです。
