NAND SSD：NANDフラッシュはSSDに何をもたらしますか？ 【パーティションマジック】

まとめ：

NAND SSD

ご存知のとおり、SSDは、集積回路アセンブリ（DRAM、NANDフラッシュ、3D XPoint）を使用してデータを永続的に保存するストレージデバイスです。ただし、Amazonで検索すると、ほとんどのSSDのストレージメディアはNANDフラッシュです。では、どうですか NAND SSD ？この投稿を読んでください。 MiniTool NANDフラッシュとは何か、SSDに何をもたらすかを説明します。





クイックナビゲーション：

NANDフラッシュとは

NANDフラッシュは不揮発性フラッシュメモリの一種です。データを保存するために電気回路に依存していますが、データを保持するために電力を必要としません。これは、SSDがDRAMではなくNANDフラッシュをストレージメディアとして主に使用する理由の1つでもあります（別の理由は、NANDフラッシュがDRAMよりも安価であるということです） ）。

参考文献：

3D XPointは、2015年7月にIntelとMicron Technologyが共同で開発した不揮発性メモリテクノロジです。Intelはこのテクノロジを使用するストレージデバイスにOptaneを指定し、MicronはそれらをQuantXと呼んでいます。 OptaneのパフォーマンスはNANDSSDよりも優れており、価格はDRAMよりも低いと言われています。



NANDメモリセルは、制御ゲートとフローティングゲートの2種類のゲートで構成されています。両方のゲートは、データの流れを制御するのに役立ちます。 1つのセルをプログラムする（データを書き込む）と、電圧電荷が制御ゲートに送られ、電子がフローティングゲートに入ります。この充電方法により、データを各NANDメモリセルに保存できます。

NANDフラッシュセル

ただし、NANDフラッシュメモリから電源が切断されると、フローティングゲートトランジスタがメモリセルに追加の電荷を供給し、データを保持します。



NANDフラッシュの欠陥

NANDフラッシュには、次のような固有の欠点もあります。

1.ブロック消去

一般的に、NANDフラッシュチップには複数の 月曜 （ロジックユニット番号）;各LUNには複数あります 予定 ;各飛行機には何千もの飛行機があります ブロック ;各ブロックには何百もの ページ 。データの書き込みまたは読み取りを行う場合、単位はページです。ただし、データを消去すると、ユニットはブロックになります。

一方、データは通常、ランダムで非連続的な場所に書き込まれます。データを変更するか書き込むかにかかわらず、消去が必要です。したがって、ライトアンプリフィケーションは避けられません。



NANDフラッシュの内部構造

2.限定P / E（プログラム/消去）

各NANDブロックには、消去できる回数に制限があります。この数を超えると、ブロックが使用できなくなる場合があります。 P / Eサイクルの数を超えると、次の状況が発生する可能性が最も高くなります。

  • 電子はフローティングゲートに入ることができません（ 書き込み失敗 ）。
  • フローティングゲート内の電子は簡単に出てきます（ データ保持の問題 ）。
  • フローティングゲート内の電子は出てこない（ 消去の失敗 ）。

SSDの寿命が心配な場合は、次の投稿を読んで、SSDの寿命を延ばす方法を知ることができます。



3.Disturbを読む

フラッシュメモリは複数回読み込まれるため、同じブロック内の隣接するメモリーセルの内容が変化します（書き込み動作になります）。原則は次のとおりです。

各ページには、約4KBまたは8KBのスペースがあります。ページ内には多くのセルがあります。通常、各セルには1ビットのデータが格納されます（セルには複数のデータを格納することもできます。後で説明します）。

ページが読み取られると、ページ上のセルの制御電極に電圧Vrefが印加され、他のページのセルの制御電極には比較的大きな電圧Vpassが印加されます。これにより、一部の電子を引き込むためのより強い電界が生成される可能性があります。読み取られていないページ（プログラムデータ）のセルのフローティングゲートに挿入され、データエラーが発生します。

一方、ブロックを消去する回数が多いほど、絶縁効果が低下し、電子がフローティングゲートに入りやすくなります。

4.プログラムの妨害

ページが書き込まれると、ページ上のセルの制御電極に高い電圧が印加され、書き込まれていない他のページのセルの制御電極に低い電圧が印加されます。したがって、電子は、書かれたページ上のセルのフローティングゲートに簡単に注入できます。

ただし、高電圧と低電圧が近い場合、特に消去時間が長すぎると絶縁性能が低下する場合は、電子が隣接するメモリセルに入る可能性が非常に高くなります。これもデータエラーの原因になります。

技術の進歩：プロセス技術

1986年のNANDフラッシュの発明以来、メーカーは、プロセス技術、3D NAND、MLC、TLC、QLCの改善など、NANDフラッシュ技術で大きな進歩を遂げてきました。このパートでは、プロセス技術について説明します。

ビットあたりのコストを削減し、SSDの容量を拡張するために、メーカーはまず、プロセス技術を、たとえば初期の50nmから現在の16 / 15nmプロセスノードに改善することを考えています。

プロセス技術の数値は、ソースからドレインまでの距離を表します。距離が短いほど、電子が速く入り、トランジスタのサイズが小さくなります。つまり、同じサイズのチップは、容量が大きく、速度が速くなります。

しかし、プロセス技術が15nmノードに達すると、限界に近づいています。一方で、プロセス技術の継続的な改善により、コストが大幅に増加しますが、容量の増加によってもたらされるコスト削減によって相殺することはできません。

一方、プロセス技術が20nmノード未満の場合、電荷漏れ（データ保持の問題）と電荷干渉（読み取り妨害とプログラム妨害）がより明白になります。

したがって、プロセス技術がさらに進むと、信頼性とパフォーマンスが低下します。

技術の進歩：SLC対MLC対TLC対QLC

容量を増やしてコストをさらに削減するために、メーカーはMLC、TLC、およびQLCを提案しました。このパートでは、SLC対MLC対TLC対QLCについて説明します。

一般に、1つのメモリセルには1ビットのデータのみが格納されます。これはいわゆるSLC（シングルレベルセル）です。各メモリセルに格納できるビット数を増やす場合、たとえば、2（MLC、マルチレベルセルの略）、3（TLC、トリプルレベルセルの略）、または4（トリプルレベルセルの略）に増やします。 QLC（Quad-Level Cellの略）では、NANDフラッシュのストレージ容量もそれに応じて増加します。

SLC vs MLC vs TLC vs QLC

たとえば、SLCによって作成された通常のフラッシュメモリの容量は128GBです。次に、MLCは256 GB（2倍）の容量にします。 TLCはそれを3倍の384GBにします。 QLCはそれを4倍にして512GBにします。そして順次、コストが削減されます。

ただし、容量の増加とコストの削減には、パフォーマンス、信頼性、および寿命の低下が伴います。

前述のように、NANDフラッシュは電圧を印加することでデータの読み取りと書き込みを完了します。このプロセスでは、1つまたは複数のしきい値電圧（Vth）があります。

SLCでは、0または1の1ビットのデータしか格納しないため、しきい値電圧は1つだけです。セルの電圧がしきい値電圧を超える場合は0を意味します。逆に、セルの電圧がしきい値を下回る場合は電圧、それは1を意味します。したがって、読み取りと書き込みは非常にシンプルで高速です。

ただし、1つのメモリセルがより多くのビットのデータを格納する場合、より多くのしきい値電圧が発生します。たとえば、MLC NANDフラッシュメモリは2ビットのデータ（00、01、10、または11）を格納します。したがって、それらを区別するには3つのしきい値電圧が必要です。

SLCとMLCのしきい値電圧

セルに格納されるデータのビット数が多いほど、必要なしきい値電圧が多くなり、電圧信号の識別に時間がかかるため、データの読み取りと書き込みにかかる時間が長くなります。

一方、しきい値電圧が複数ある場合は、データの各ビットに割り当て可能な電圧が低くなるため、電荷干渉（読み取りおよびプログラムの妨害）の可能性が高くなります。

ヒント： MLCは、ハイエンド製品の主流の選択肢です。資金が不足しているか、一時的なコンピューターをアップグレードしていない限り、TLCを選択する必要はありません。

技術の進歩：2DNANDと3DNAND

上記の2つのテクノロジーとは異なり、3D NANDは、容量を増やしてコストを削減するためのさまざまなアイデアを提供します。

従来の2DNANDフラッシュ（平面NANDフラッシュ）は、2次元で構成されています。次の図に示すように、主にワードライン（WL）とビットライン（BL）で構成されています。単語行はページを表します。ビットラインは、ワードライン（ページ）上のメモリセルを表します。ワードラインには、ビットラインと同じ数のメモリセルがあります。

ブロックアーキテクチャ

ワードラインとビットラインが交差してブロックを形成します。次に、ブロックを並べて表示して2DNANDフラッシュを形成します。

3D NANDフラッシュは、建物のように平面NANDフラッシュを積み重ねます。より多くのフラッシュ層を積み重ねることにより、単位面積あたりのトランジスタ数が増加します。

3D NAND

このようにして、メーカーはNAND容量を増やしてコストを削減でき、プロセス技術の改善や1つのセルにより多くのデータを格納するための努力をする必要がありません。その結果、容量、パフォーマンス、および信頼性が保証されます。

NANDSSDを使用する際の注意事項

NAND SSDを使用する場合は、次の点に注意してください。

1. NAND SSDへのOSのインストール： SSDの利点を最大限に活用し、コンピューターのパフォーマンスを大幅に向上させることができる唯一の方法です。

2. Windows 7以降のOSバージョンの実行： Windows 7以降のオペレーティングシステムは、ディスクシステムがSSDであるかどうかを自動的に検出し、それに応じて最適化する方法を決定します。たとえば、Windows 7では、ハードドライブのみをデフラグできます。これにより、SSDが損傷し、寿命が短くなります。ただし、Windows 7以降のOSはSSDを認識し、特別な方法で最適化します。

3. AHCIまたはNVMeモードの有効化： AHCIモードを使用すると、SATAIIIインターフェイスを備えたストレージデバイスのパフォーマンスを向上させることができます。 NVMeモードに関しては、SSDにM.2インターフェイス、PCIインターフェイスなどがある場合、このモードではSSDを最高速度で実行できます。 AHCIとNVMeの詳細については、次の投稿をお読みください。 M.2SSDとSATASSD：どちらがPCに適していますか？

4. 4Kアライメントを維持する： 4Kのミスアライメントは、データの書き込みと読み取りの速度を大幅に低下させるだけでなく、SSDの不要な書き込みの数を増やし、SSDの寿命に影響を与えます。

SSDの4Kアライメントを維持するには、 MiniToolパーティションウィザード 、その すべてのパーティションを揃える 機能はあなたを助けることができます。次のボタンをクリックしてこのツールを無料でダウンロードして起動し、ドライブを右クリックして選択するだけです。 すべてのパーティションを揃える 、最後にをクリックします 適用する 操作を実行するためのボタン。

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5.十分な空き領域を予約します。 ソリッドステートドライブが保存するデータが多いほど、パフォーマンスは低下します。パーティションの使用率が90％を超える状態が長期間続くと、SSDがクラッシュする可能性が大幅に高まります。したがって、無駄なファイルを時間内にクリーンアップし、映画や音楽などの大きなファイルを機械的なハードディスクに保存することが非常に重要です。

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結論

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