現在使用されている不揮発性フラッシュ メモリ デバイスには、主に 2 つの種類があります。 NOR と NAND フラッシュです。 以下では、NAND と NOR フラッシュ デバイスの違いを見て、SLC、MLC、TLC などの NAND フラッシュの種類を探ります。
NOR フラッシュ メモリとは？
NOR フラッシュは、データの個々のバイトの書き込みと読み取りが必要なアプリケーションで最も頻繁に使用され、ランダム アクセスと実行中のアクセス技術が必要な場合に最も頻繁に使用します。 各読み出しアクセスには同じ時間がかかるため、シーケンシャルな読み出しアクセスはランダム・アクセスより高速ではありません。 消去/プログラム サイクルはしばしば長くなります。
今日の NOR フラッシュ デバイスは、メガビットから低ギガビットの範囲の容量で利用可能です。 デバイスによっては、データを書き込む前に個々のバイトまたはセクターを消去する必要があり、消去/プログラム速度は通常 1 MB/秒未満です。
NOR フラッシュは高い信頼性を持ち、通常、20 年以上にわたってデータの整合性を維持するよう評価されています。 順次読み出しの場合、最初の 1 バイトのデータを受け取る際の待ち時間は NOR フラッシュよりはるかに長いですが、その後の連続したバイトのデータは NOR フラッシュよりはるかに高速に取り出せます。 また、データ書き込み時には、1ブロック分のデータを高速にNANDフラッシュに転送し、1回の操作で書き込むことができます。 NAND フラッシュは、大きなシーケンシャル データ アクセスを行うシステムに最適で、ブロック指向のストレージ サブシステムを備えたコンピュータ システムおよびオペレーティング システムのメイン ストレージ デバイスとして今日よく使用されています。
フラッシュ セルの物理的なシリコン設計により、NAND フラッシュ セルは、同様のプロセス技術で NOR フラッシュ セルより約 40% 少ないシリコン面積を占めます。 SLC 技術は、NAND フラッシュ技術の中で最も高い信頼性と耐久性を提供します。
MLC および TLC NAND フラッシュメモリ
MLC (Multi-Level Cell) 技術は、各セルに 1 ビット以上格納し、データ密度を高め、SLC 技術より高い容量を実現します。 今日では、セルあたり 2 ビット、3 ビット、さらには 4 ビットの MLC フラッシュ テクノロジーが非常に一般的です。 各セルが 1 ビット以上を保存するため、セルの異なるビット解釈を分離する電圧マージンが減少し、MLC 技術はセル内の充電電圧が時間と共に変化した場合にデータ エラーに対してより敏感になります。 したがって、MLC フラッシュ テクノロジーの耐久性は SLC フラッシュ テクノロジーよりもはるかに低くなります。
トリプル レベル セル (TLC) は MLC のサブセットで、特にセルあたり 3 ビット機能向けです。
図 1: SLC、MLC、TLC ビット デコード
現在、SLC テクノロジーによる高容量 NAND フラッシュ SSD を入手することがますます困難になってきています。 代わりに、多くのベンダーは、SLC フラッシュ アレイの信頼性を模倣するために、MLC フラッシュ アレイの複数のビット ステートを使用して、SLC の信頼性と耐久性を実現しています。 有効な SLC ビットごとに複数の MLC ビット ステートを使用することにより、SLC モードでのフラッシュ アレイの有効容量は、生の MLC 容量よりも少なくなります。
Figure 2: SLC モードで使用する MLC フラッシュ
NAND および NOR フラッシュ デバイスについては、ホワイトペーパー「フラッシュ メモリ寿命と信頼性」で詳細をお読みください。 読み出し、温度、およびその他の要因による長期的な影響を検証する」
を参照してください。