特徴

HDDに比べて価格は高いが、ランダムアクセス時の読み出し性能に優れ、これを多用するOSやアプリケーションソフトウェアの起動、かな漢字変換などの読み出し時に時間短縮が期待できる。従来の多くのSSDではバックアップ電源を持たないと電源の切断によって記憶内容が消えてしまったが、Flash SSDは不揮発性であり電源切断後も内容を長期にわたり保持できる。また低消費電力で放熱も少なく耐衝撃性にも優れ、小型で騒音も発しないので携帯用途に向いており、デスクトップパソコンよりはノートパソコンでの採用例が多く、高い入出力性能と低消費電力という利点のためデータセンターではHDDに替わって、サーバー機に採用されつつある。

コンピュータとの接続はHDDの標準的なインターフェースであるAdvanced Technology AttachmentやシリアルATAに対応するものが多く、そのほかにPCI Expressに対応したものもある。

少数例ながら、カーナビやビデオカメラ、PNDでもFlash SSDは使用が始まっている

• 低消費電力・低発熱・低騒音である
• 耐環境性が高い。HDDよりも高い環境温度まで対応している
• 故障率が低い（書き換え回数の上限は故障ではない）
• 小型軽量である
• シークエラーが存在しない
欠点
• 書き換え可能回数に上限がある
• 記憶容量あたりの単価がHDDと比較してかなり高い
• 一部の機種はランダムライト性能が非常に低い。
• OSによるサポートが不備である。
• OSがHDD用の処理をSSDに適用する結果、ハード特性の違いから不都合を生じることがある
• SSD向けに望ましい機能がOSでサポートされていない場合がある。ただしWindows 7からはデフラグメンテーションの除外とウエアレベリングはサポートする予定である
• データ保持時間が有限であるや産業用の組み込み装置など、信頼性や低保守性が求められてコスト高を許容する用途に普及している。

MLC型

MLC型は1つの記録素子に2ビット以上のデータを保持する。多値 NAND という。

蓄積電荷量の検出を"Hi/Low"だけでなく、2つの間にいくつかの中間値を設定して、4値や8値、16値といった多値で判断する。記録素子の劣化やノイズによって少しでも蓄積電荷量に変動が生じると、保持していたデータは誤りとなる。その場合、フラッシュメモリ回路内の誤り検出回路によって「メモリーブロック不良」が検出され、代替メモリーブロックに切り替えられる。

MLC型はSLC型と比べて書き換え可能な回数とデータ保持期間で劣るが、大容量製品を安価に製造可能である。長期間の使用や高信頼性を求めず、主に低価格であることを重視する製品に用いられる。そのため、出荷数や採用数ではSLC型を上回っており、個人用PCなどの民生用途では今後もMLC型が普及していくものと見込まれている。

その他の型

SLCとMLCを混用した製品も存在する。

適した用途

読み出し中心

データの読み出しが中心で、書き込みをほとんど行わないものでは、フラッシュメモリの欠点である書き換え可能回数の少なさが緩和される。例えば、プログラムファイルは一度インストールされると、アップデート機能で新たなファイルが上書きされるまで、読み出しのみとなる。同様に、編集などによる再保存を行わないデータも、読み出しが中心となる。

小さなファイルの読み出し、たくさんのファイルの先頭部分の読み出し

小さなファイルの高速読み出しやインデックスなどの作成で、たくさんのファイルにアクセスするときにアクセス速度が重要になる場合もあるが、フラッシュメモリとHDDの比較では、フラッシュメモリのシークの速さ（HDDのシークの遅さ）が読み出し速度の遅さを相殺する。

身近な例

典型的なものでは、音楽データファイルを格納するデジタルオーディオプレーヤーのフラッシュストレージがある。データを一度保存すると、あとは読み出しが中心となり、再生には高速な読み出し速度を必要としない。またストレージ容量の大容量化が進むにつれて、繰り返し古いデータを削除して新しいデータを入れるといった操作の頻度も低下し、欠点（書き込み耐性の低さ）が現れにくくなる。

適さないもの

上とは反対の性質をもつものが適さない。読み書きの対称性では、例えば繰り返し更新を行うデータベースのデータファイルや、書き込みが繰り返し行われるキャッシュファイルや、用途によっては大量に作成されるテンポラリファイルなどがある。キャッシュファイルやテンポラリファイルについては、これらを使用しないオンメモリのシステムやソフトを用いることで対処できる。

データの読み書き速度では、大容量のファイルの保存や読み出しを短時間あるいは頻繁に行いたい用途には向かない。例えば、100MB単位の大容量の音声データ（WAVなど）や映像・画像などのデータ編集には向いていない。

このように、データの再生や数MB程度の小規模なファイルの出し入れが中心の使い方か、データベースやワークステーション的な使い方が中心かによって向き不向きがある。

HDDとの棲み分け

同様にHDDにも用途により向き不向きがある。大きなサイズのファイルの連続読み書きにすぐれる大型の3.5インチ HDDはデスクトップパソコンなど据え置きの大型機器にしか搭載できず、近年広く普及しているノートパソコンに使用できない。小型HDDになると連続読み書きの性能は低下し、1.8インチHDDになるとフラッシュメモリが上回るようになる。また、放熱や消費電力の大きいHDDはノートパソコンやモバイルパソコンには適さない。このように、読み書き性能や大容量を重視するか、使い勝手やモバイル性能など他の要素を重視するかは、用途によって変わってくる。

ランダムライト性能

シーケンシャルリードの性能が広告用のベンチマーク結果としてよく出されるが、ランダムライトの性能にも注目を払う必要がある。HD Tune Proなどの、ベンチマークソフトのランダムアクセスのWriteの値でそれがわかる。種類によって極端な差が開いており、512バイト書き込みのIOPS（1秒あたりに処理できるリード/ライト命令数）でみて、1桁から、1万以上までと、数千倍の速度差が開いている。JMicronのJMF602を搭載した機種の性能が著しく悪い。

7200rpmのHDDは1秒間に120回転しており、ランダムアクセスは120 IOPSが限界となり、加えてヘッドの移動時間があるので、これよりも小さな数字になる。つまり、512バイトのランダムライトが100 IOPSを下回るSSDはハードディスクよりもランダムライトが遅い可能性がある。

フロッピーディスクは300〜360rpmであり、1秒間に5〜6回転している。ランダムライトのIOPSが一桁ということは、フロッピーディスク並みであることを意味している。

トラブル

プチフリーズ問題

ヘビーユーザーの間では、一般に「プチフリ」と言われているトラブル問題。2008年7月頃よりJMicron製コントローラーチップ「JMF602」を搭載したSSD製品においてWindowsの動作が一時的(プチ)に止まる(フリーズ)という問題がネットにおいて多数報告されるようになった。当初はMLC-NANDのSSD全体の問題と考えられていたが他社コントローラICでは報告が上がっていないため、現在ではJMF602における不具合であり、製品レベルの問題と考えられている。原因は、ランダム書き込みの性能の悪さにある。ランダムライトのIOPSがフロッピーディスク並みに低い。

発生時の共通項は

1. JMicron製コントローラーチップ「JMF602」を使用している製品である
2. 読み書きが混在して集中した場合

の2点である。原因は問題のコントローラICあるいはその制御ファームウェアであり、読み書きが混在して集中した場合、処理速度が極端に低下、あるいはICそのものが一時的に無反応に陥り、現象が発生すると推測されている。2008年10月現在、ユーザーレベルでの様々な回避方法は報告されているものの、製品レベルでの根本的な解決には至っていない。メーカーによる早急な対応が求められている。

また、この問題は大量の読み書きが同時に発生した場合において特に表面化するという特性があり、その関係からかPC環境によっては発生しない（表面化しない）場合がある。

原因は、ランダムライトの性能にあり、HD Tune Pro などのベンチマークソフトのランダム書き込みのIOPS（1秒あたりに処理できる命令数）を見ることでこの問題を抱えているかどうかがわかる。また、広く用いられている評価用の各種ベンチマークソフトでもこの問題が起こるかを把握する事は難しい。これは純粋な性能評価を目的としているため、読み込みと書き込みを個別に測定するものが多いのが原因である。さらに、このような条件を測定できるベンチマークソフト自体の絶対数が少ないという実情がある。上記のような背景から、この問題が起こりうるかは十分把握されていない事が多い。

長期使用に伴う性能低下の問題

現在、SSD長期使用者や多頻度利用者（容量一杯まで書き込みを行うなど）から、書き込み性能が購入時よりも低下したという報告が多数上がっている。

原因はまだはっきりとは分かっていないが、有力な説として以下がある。

「データを削除して空き領域となった所に再度書き込みが行われる際、データの消去処理などが追加で実行されている可能性が高い。」

SSDは購入当初は書き込みの際、消去済みの初期化ブロックに対して"書き込み"だけをするため処理は速い。

しかし、HDDを想定した一般的なファイルシステムにおいては、書き込まれたデータを削除して空き領域とする場合、ディスクの管理情報を書き換えることでデータをOSから見えなくするだけであって、実際にはデータそのものは消去されず、空き領域にそのまま残ることになる。

SSDを使用し続けることでこのような「データが残っている空き領域」が増加していくが、これらの領域はSSD側で一定の時点で消去されることはなく、そこへの新しいデータの書き込み命令があった時に初めて消去される。

つまり、只の書き込みの度に “古いデータの消去 ＋ 新しいデータの書き込み” のような二つ以上の処理を必要とするため速度が低下する。ということである。（尚、消去処理は、書き込み処理より約100倍ほど時間がかかる。）

さらに、"Flash"という名前の由来でもある「消去を一括に広範囲で行う」という特性上、本来消す必要の無い領域まで余計に消去してしまうため、その領域については元の値を書き戻すステップが必要となってしまう。NAND Flashの一般的な仕様の一つである「読み書きは2kB単位、消去は256kB単位」というシステムを例にとると、たった1ビットの値を書き換えるだけでも最悪のケースでは128回の読み込みと1回の消去、そして128回の書き戻し動作が行われる。

製品

Flash SSDは、ノートパソコンや産業用に向いており、数社のメーカから多数の製品が販売され、価格の低下と共に販売数が伸びている。書き換え回数の制限が厳しい物もある。そういった問題を解消した安価でさらに高性能な製品の登場が期待されている。ノートPCでのSSDの採用はそれほど進んでいないが、Eee PCを始めとするネットブックでは記憶容量より低価格を優先するためにHDDの代替にSSDを採用しはじめ、その後、ノートPCでも80Gバイトから120Gバイトの記憶容量を持つ製品が日本の大手PCメーカーのほとんどから発売されている。

採用製品例

Flash SSDは幾つかのメーカーが販売している。未発売の製品も含む。

• 2004年1月、日立超LSIシステムズが Flash Memory Drive を発表。
• 2006年6月、台湾PQI社が容量64GBの2.5インチSATAフラッシュディスクを発表、8月に出荷。
• 2006年7月、SONYの小型ノートPC「VAIO type U <ゼロスピンドル> モデル」がPCとして初めてHDDの代替として採用した。搭載されたのは韓国サムスン電子製16GBのフラッシュディスクで後に32GB、64GBもラインアップに追加されている。
• 2007年1月4日、米SanDiskが容量32GBの1.8インチシリコンディスク「SSD UATA 5000」を開発。
• 2007年2月、Adtronが容量160GBの2.5インチSLCシリコンディスク、IDE接続の「I25FB」とSATA接続の「A25FB」が発表。
• 2007年2月、台湾A-DATAが、容量128GBの2.5インチシリコンディスクを発表。IDE接続の1.8インチ64GBモデル、ExpressCard型の32GBモデルもサンプル出荷中。
• 2007年2月、台湾Ritekが、1.8インチ・2.5インチともに容量16GBモデル・32GBモデルのシリコンディスクを発表。
• 2007年3月13日、米SanDiskが容量32GBの2.5インチシリコンディスク「SDD SATA 5000 2.5"」を発表。
• 2007年3月14日、バッファローUSB2.0対応シリコンハードディスクSHD-U16Gを19,210円で発売。
• 2007年4月20日、STEC社が3.5インチ256/512GB容量のSSD製品 Zeus-IOPSを発表。
• 2007年11月29日、アドテック、リード120MB/secの高速SSD。
• 2007年12月10日、東芝、128GバイトSSDを量産へ 「10万円切る程度」。
• 2008年5月24日、容量120GBで8万円の高速/大容量SSD発売、リード120MB/s。
• 2008年5月26日、サムスン、世界最速（リード200MB/sec、ライト160MB/sec）・256GBの2.5インチSATA MLC SSDを発表。
• 2008年7月1日、OCZ、128GBで500ドルを切る高速SSD「Coreシリーズ」～読み込み120～143MB/sec、書き込み80～93MB/sec。
• 2008年7月24日、Texas Memory Systems、RAMベースSSD新製品を発表。
• 2008年8月4日、Micron、読み込み/書き込み速度が250MB/secの高速SSD。
• 2008年8月19日、Intel 読み込み 250MB/sec 書き込み MLC:70MB/sec SLC:170MB/secのSSDを発表。
• 2008年9月26日、東芝、業界最大級の256GB MLC SSD～8GBからのネットブック向け小型SSDも。
• 2008年12月18日、東芝、最大容量512GBの2.5インチSSDを開発～読込み最大240MB/sec。
• 2009年1月11日、pureSilicon、世界初の1TB 2.5インチ SSDを発表。

上記ドライブ製品とは別に、SDメモリカードやCFメモリーカードを組み合わせてSSDドライブを自作する製品も出ている。

• センチュリー「シリコンディスクビルダーSD」SDB25SD
• センチュリー「シリコンディスクビルダー」SDB35CF

今後

コストと信頼性

Flash SSDは2009年現在では市場に受け入れられ、普及期に入っている。登場当初の性能や品質重視の製品ばかりでなく、今後は購入者の低価格志向に対応したコスト重視の製品販売が企画されており、一部では過度の品質低下を危ぶむ声がある。そういった製品が一般向け市場で販売されて今後問題となるか不明であるが、いずれにしてもFlash SSD製品は「コスト重視」のものと「品質・信頼性重視」のものとに2極化してゆくと予想されている。

コスト重視型

Flash SSDのコストの約80%を占めるNAND型フラッシュメモリ半導体が安価に大容量化出来れば、販売価格は安く出来る。現状のSLC型を4値による2ビット/セルのMLC型にするだけでなく、既に8値による3ビット/セルのMLC型が検討されており、また、プロセスルールの微細化によって大容量化が図られている。多値化や微細化によって書き換え回数が減少するが、周辺技術でカバーし切れるのかという問題があるまた、フラッシュメモリ半導体が元々データ保持時間が有限であり、セルの微細化はそのままこの時間短縮となって現れる。HDDのように機構部品の寿命を除けば半永久的な情報保持原理のものと同じ感覚で扱うと、書き換え回数が少ない読み出し専用であっても2-3年程、早ければ1年も放置すればデータは失われてしまう。

解決方法として通電時にコントローラで時間経過情報を参照し再書き込みを行うなどが考えられており、一部メーカで部分的に実装している。

また、新しい低コスト化及び容量増加の手法としてとNAND素子の3次元セル積層技術が注目されている。

2009年現在、フラッシュメモリを使ったUSBメモリでは使い捨て的な製品が検討されている。しかし、データが消えては困るユーザ向けや、安価ではない機器内に固定して使用されるFlash SSDでは、このような使い捨てを前提にはできない。逆に、安価な使い捨て型のUSBメモリ類と競合して行かねばならない。

品質・信頼性重視型

低廉化よりも品質や信頼性、そして長寿命化を重視する製品では、以下のような手法によってこれらの実現を求める。

• SLCの使用
• キャッシュメモリの併用とバックアップ用キャパシタの搭載、又はキャッシュ用にFeRAMやMRAM、PRAMを使用する
• フラッシュメモリの冗長領域の広いものを使用する、又は冗長領域用にフラッシュメモリを追加する
• 使用半導体に長時間のバーンインを行い、出荷前に特性の悪いものを排除する
• SSDの寿命をユーザーが見積もれるツールを提供する
• 誤り訂正（ECC）の多ビット化
• 書き込みと消去の電圧を下げることでトンネル絶縁膜の劣化を抑え、1素子当り100万回の書き換え可能なNANDフラッシュメモリチップを使う、2011年3月頃には200Gバイト製品で75米ドル程度まで価格低減出来る技術的なめどがついている。上手く行けばそれ以降もさらに価格が低下して、2012年3月頃には400Gバイトで75米ドル程度に出来る現実的な可能性があり、そうなればノートパソコンの多くがHDDの代わりにFlash SSDを搭載してもおかしくはない。

HDDメーカーもFlash SSDの登場に対応した動きを見せている。2008年11月には、日立グローバルストレージテクノロジーズ社（HGST）がフラッシュメモリのメーカーでもある米インテル社とサーバー機向けのFlash SSDの共同開発に関して提携した。また、HDD業界2位の米ウェスタン・デジタル社がSSDメーカーである米SilionSystems, Incを2009年3月に買収した

現在、3次元セル積層技術が有望な技術として注目されている。

。ランダム書込み（特に小ファイル）の速度については、2008年に広まりを見せたJMicron製コントローラチップ「JMF602」搭載のSSDはHDDよりも遅かった。しかしながら、2009年に発売されたIndilinxやIntel製のコントローラチップを搭載したSSDでは、内部に大容量のキャッシュメモリ（DRAM）を搭載することで、小ファイルの書き込み時の内部遅延を隠匿しHDDよりもはるかにランダム書込みが高速な製品がある。

書き込み耐性が低いと見られることもあるが、ウェアレベリング（書き込み分散化技術）やキャッシュメモリの搭載などの緩和策によって、毎日50GBの書き込みを行った場合でSLC搭載製品では20年以上、MLC搭載製品で4年以上の寿命があるとメーカーは主張している。

出典