通常、ソリッド ステート ドライブ (SSD) の基礎となる NAND アーキテクチャはモデルごとに異なります。NAND フラッシュの各タイプ (SLC、MLC、eMLC、TLC) には異なる特性があるため、データ ストレージへの影響も異なります。この記事では、それらの違いについて説明します。
現在、フラッシュ メモリは間違いなくエンタープライズ データ ストレージに革命をもたらし、SSD パッケージ化により、ストレージ サブシステムとアレイは機械式ハードディスク ドライブ (HDD) と比較して優れたアプリケーション パフォーマンスを提供し、ビジネス分析やその他のワークロード下で迅速に動作することができます。PC やモバイル デバイスでは、フラッシュ メモリによりアプリケーションの起動時間が短縮され、データ転送が高速化されます。
また、フラッシュ メモリには可動部品がないため、SSD は突然の動きや物理的衝撃に対してほとんど影響を受けません。追加の利点として、HDD よりも消費電力が少ないことも特徴です。
欠点の 1 つは、SSD は HDD よりもギガバイトあたりのコストが高くなる傾向があることです。ただし、消去、圧縮、その他のデータ管理技術は、企業がフラッシュへの投資を最大限に活用するのに役立ちます。
NANDフラッシュタイプ
NAND フラッシュは、SSD やメモリ カードで使用される不揮発性ストレージ アーキテクチャです。この名前は、フラッシュ メモリ デバイスのチップにデジタル情報を保存する方法を決定する論理ゲート (NOT-AND) に由来しています。
・SLC
SLC (シングルレベルセル、シングルレベルユニット) SSD は各ユニットにビットを格納するため、耐久性、精度、パフォーマンスが向上します。エンタープライズ クリティカルなアプリケーションおよびストレージ サービスには、SLC がフラッシュ メモリ テクノロジとして最適です。もちろん、最高の価格が付いています。
・MLC
フラッシュメモリの消費者レベルの特性を考慮して、MLC（マルチレベルセル、マルチレベルセル）アーキテクチャは各セルに2ビットを保存できます。複数のビットをストレージ ユニットに保存すると、スペースを有効に活用して同じスペースでより大きな容量を獲得できるように見えますが、耐用年数と信頼性が低下するという代償が伴います。対照的に、MLC SSD を使用すると、PC やラップトップにフラッシュ メモリを追加できます。
・eMLC
eMLC (Enterprise Multi-Level Cell) は、MLC NAND フラッシュ メモリの「拡張」バージョンであり、SLC と MLC の間のパフォーマンスと耐久性のギャップをある程度埋めます。eMLC ドライブは MLC ドライブより高価ですが、SLC ドライブよりははるかに安価です。各セルは依然として 2 ビットを保存しますが、eMLC ドライブのコントローラーは、データ配置、ウェアレベリング、およびその他のストレージ操作を管理して、eMLC SSD の寿命を延ばします。
・TLC
最も安価なのは TLC (Triple-Level Cell、3 レベル セル) NAND フラッシュ メモリで、セルごとに 3 ビットを保存し、通常は比較的低い性能と耐久性の要件を備えた家庭用電化製品に使用されます。多くの読み取り操作を伴うアプリケーションに最適な TLC ベースのストレージ コンポーネントは、ビジネス環境ではほとんど使用されませんが、3D NAND (詳細は後述)、永続的な拡張データ配置、エラー訂正などのフラッシュ メモリ アーキテクチャの最近の改良により、テクノロジーにより、このテクノロジーは読み取り集中型のエンタープライズ ストレージ アプリケーションに組み込まれます。
SLC、MLC、eMLC、TLC の選択方法
以下では、エンタープライズからコンシューマーまで、意図したワークロードやユースケースにフラッシュ ドライブが適しているかどうかを判断する方法を説明します。以下のグラフでは、書き込み/消去 (PE) サイクルを使用して、NAND フラッシュがサポートできる読み取りおよび書き込み操作の数を測定します。SSD ドライブには磨耗する機械部品はありませんが、それでも寿命は有限です。
NAND フラッシュの種類ごとに寿命が異なります。つまり、SSD が劣化して最終的に故障するまでに提供される P/E サイクルの数は限られています。もちろん、製造上の欠陥に加えて、電力サージやその他の致命的な障害も SSD の故障の原因となる可能性があります。これは、SSD でサポートされるストレージ ワークロードとアプリケーションの種類を決定する主要な要素です。
NAND VS 3D NAND
フラッシュ メモリ市場を突破する最大のイノベーションの 1 つは 3D NAND または V-NAND です。名前が示すように、これまでのフラットな配置ではなく、スタック アーキテクチャを使用して SSD にメモリ セルを配置します。
実際、このアーキテクチャにより、サプライヤーは 2D NAND よりも低コストで、より多くの容量をより小さな物理スペースに詰め込むことができます。また、高速化、長寿命化、低消費電力化も実現します。現在、ほとんどの主要 SSD ベンダーが 3D NAND SSD を提供しています。
SLC、MLC、TLC SSD の選択方法
経験則として、最高のパフォーマンスの SSD を探している購入者は、eMLC、MLC、TLC よりも SLC に多くのお金を費やすでしょう。ただし、価格がすべてではありません。
ストレージスペースを最大限に活用したい場合は、考慮すべき要素がたくさんあります。SLC SSD は、高速で信頼性の高いパフォーマンスを必要とする重要なアプリケーションのワークロードや 24 時間年中無休のデータベースに適しています。もちろん、すべてのワークロードが極端な速度と価格/パフォーマンスを必要とするわけではありません。
高速なパフォーマンスは必要ですが、ストレージ システムに継続的なストレスがかかることは期待できません? eMLC または MLC がおそらく最適です。PCでは、SSDの3文字はHDDと比べて性能の向上を表します。
したがって、当然のことのように思えます。SLC は、より要求の厳しいエンタープライズ アプリケーションに使用され、パフォーマンスと信頼性の要件が緩和されるため、eMLC、MLC、および TLC が続きます。
ただし、NAND フラッシュも進化しており、現在では大容量 SSD では MLC または TLC フラッシュの使用がかなり標準になっています。エンタープライズユースケースでは、MLC はおそらく SLC と同じくらい優れています。
QLC NANDが徐々に主流に
SSD メーカーは TLC にとどまりません。Intel、Micron Technology、Western Digitalは、QLC（Quad-Level Cell、4層ユニット）NANDテクノロジーをデータセンターに導入する取り組みを進めている。
2018 年 5 月、Intel と Micron は、TLC NAND フラッシュ メモリをはるかに超える記憶容量を持つ、初の市販 QLC 3D NAND チップをリリースしました。64 層 4 ビット/セル NAND フラッシュ メモリ テクノロジの導入により、アレイ密度は TLC より 33% 高くなります。Intel と Micron の両社が QLC 3D NAND フラッシュ メモリ製品を発売したと考えられており、これはビッグ データや他の同様のアプリケーションで大きな役割を果たすことになります。