第1部 特集 重要アイテム進化中! 高速フラッシュ・メモリ大研究 安全に何回も読み書きするための涙ぐましい努力の結晶 第2章 キーデバイス①… メモリ・コントローラ IC 麻生 浩一郎，宇都宮 厚，長尾 武文 外部インターフェース （SATA） 電圧 レギュレータ I/O Voltage コア I/O メモリ・ コントローラ ・書き込み/ 読み出し/ 消去機能 ・データ信頼性を 向上する機能 を搭載 クロック NAND型 フラッシュ・メモリ NAND型 フラッシュ・メモリ NAND型 フラッシュ・メモリ NAND型 フラッシュ・メモリ リセット 図 1 フラッシュ・ストレージは NAND 型メモリとメモリ・コン トローラで構成されている 2.5 インチ SATA SSD SDG4A シリーズ（TDK）の例を示す フラッシュ・ストレージの基本構成 フラッシュ・メモリ・ストレージは一般にフラッ シュ・メモリ・コントローラと NAND 型フラッシュ・ メモリで構成されています．例として SATA インター フェースを持つ SSD（Solid State Drive）のブロック図 を図 1 に示します． ● 構成要素①…メモリ・コントローラ メモリ・コントローラ（SSD コントローラ）は，ハー ド・ディスクのヘッド（＋センサ・アクチュエータ）に 相当し，NAND 型フラッシュ・メモリはプラッタ（ディ スク）に相当します．つまり，SSD コントローラは， ホスト（システム）からのコマンド（指令）を受けて， ・フラッシュ・メモリにデータを書く（プログラム） ・書いてあるデータを読む（リード） ・データを消す（消去） を行う，いわゆるリーダ・ライタ IC です．しかし， 40 プログラム / リード / 消去以外に，データ信頼性を向 上する機能を多く搭載しているため，SSD コントロー ラと呼ばれています． ● 構成要素②…NAND 型フラッシュ・メモリ NAND 型フラッシュ・メモリには，表 1 に示すよ うに，記憶密度によって 3 種類があります． ・SLC（Single Level Cell）：1 ビット / セル ・MLC（Multi-Level Cell）：2 ビット / セル ・TLC（Triple Level Cell）：3 ビット / セル 同じ面積で，TLC は SLC の 4 倍のデータを格納で きますので，ビット単価は下がります．しかし，4 倍 のデータを書くということは，4 倍以上の書き込み時 間が必要であり，チップ自体へのダメージも大きくな ります．このため SLC に比較して，MLC，TLC の書 き換え寿命は大幅に短くなります． フラッシュ・メモリには書き換え寿命は， 1 ブロック当たりのプログラム回数 / 消去回数 で決まります． ブロック・サイズは，TLC ＝ MLC × 2 ＝ SLC × 4 となります．同じ容量のフラッシュ・ストレージを組 む 場 合，TLC で は SLC の 1/4 の ブ ロ ッ ク 数 と な り， フラッシュ・ストレージへの総書き込み可能データ量 （TBW：Tera Byte Written）も，1/4 となります（同 じページ・サイズとした場合） ． また，ブロック・サイズが大きくなると，プログラ ム時間が長くなり，電源遮断に当たるリスクが増大す ることにつながります． SLC は，動作温度範囲 0 〜＋70℃品，−40 〜＋85℃ 品 と も ラ イ ン ア ッ プ さ れ て い る の に 対 し，MLC， TLC は 0 〜＋ 70℃品だけしかラインアップされてい ないことに注意が必要です（MLC は，一部車載用途に − 40 〜＋ 85℃動作品を供給しているメーカもある） ． メモリ・コントローラの基本機能 フ ラ ッ シ ュ・ メ モ リ の 微 細 化 が 進 み， 現 在 で は 1y nm レベルまで来ています注 1．この世代の，例えば 2015 年 2 月号
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