フラッシュメモリ

フラッシュメモリとは、半導体素子を駆使してデータを記録・保存する不揮発性の記憶装置です。これは、浮遊ゲートMOSFETと呼ばれる技術を利用しており、東芝の舛岡富士雄によって発明されました。データの消去方式として、ビット単位ではなくブロック単位でまとめて消す手法が採られています。この仕様により、構造がシンプルになり、製造コストが低減され、広範囲に利用されるきっかけとなりました。

概要

フラッシュメモリはフラッシュEEPROMやフラッシュROMとも称されます。基本的にはEEPROMの一種ですが、特に組み込まれたメカニズムによってデータを効率よく処理します。具体的には、データは数キロバイトから数十キロバイトのブロック単位で読み書き可能で、高速なアクセスが特徴です。

種類

フラッシュメモリはNAND型とNOR型の2種類に大きく分けられます。これらはそれぞれ異なる特性を持ち、用途に応じて使い分けられています。

NAND型

- ランダムアクセス読み出しの単位: 1ブロック
- 読み出し速度: NOR型に比べて低速
- 書き込み速度: NOR型に比べて高速
- 集積化: 高集積化に適している

NOR型

- ランダムアクセス読み出しの単位: バイト
- 読み出し速度: NAND型に比べて高速
- 書き込み速度: NAND型に比べて低速
- 集積化: 高集積化には不向き

用途

NOR型は主にマイコンなどのシステムメモリに適しており、ファームウェアの更新を簡素化します。一方、NAND型はデータストレージに最適化されており、コンピュータのSSDやUSBメモリなど一般的なストレージデバイスに使用されています。これにより、モバイル機器の設計が進化し、より高速な処理と省電力性能が実現しました。

SLCとMLC

フラッシュメモリの性能はセルの設計によって異なります。最初のフラッシュメモリはSLC（シングルレベルセル）形式でしたが、後にMLC（マルチレベルセル）方式が開発され、より高い密度でデータを記憶可能になりました。

- SLC: 1セルに1ビット記憶。高い速度と長寿命が特徴。
- MLC: 1セルに2ビット記憶。大容量化を実現するも、速度と寿命はSLCに劣る。
- TLC（トリプルレベルセル）: 1セルに3ビット記憶。さらに大容量へと進化。
- QLC（クアドラプルレベルセル）: 1セルに4ビット記憶。最大限の大容積を誇るが、劣化が早い。

制約

一方でフラッシュメモリには、ビット単位での書き換えが不可能であるなどの制約があります。このため、ブロック単位でデータの消去が必要です。また、動作時に受ける熱や電子的なストレスによる劣化も考慮しなければなりません。

耐久性と保持期間

データ保持の期間は設計と環境によって異なりますが、SLC型は10年、MLC型は5年、TLC/QLC型は3年程度の保持を期待できます。通常、保存状態が劣悪な環境にさらされた場合、これらの持続時間は短縮される可能性があります。

取りまとめ

フラッシュメモリは、現代のストレージ技術において非常に重要な役割を果たしています。その普及は、デジタル機器の進化を加速し、ますます多様な用途で活躍することが期待されます。価格の低下と共に、フラッシュメモリは今後もデータストレージの主流としてシェアを拡大していくことでしょう。

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