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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，
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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