NAND型フラッシュメモリについて

※2023年7月時点での記事になります。

備忘録も兼ねてNAND型フラッシュメモリについて解説していきます。
ここでは一般的な利用目的としたユーザにフォーカスして記載しています。

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目次

• はじめに
• NAND型フラッシュメモリの種類について
  • SLC（シングルレベルセル）
  • MLC（マルチレベルセル）
  • TLC（トリプルレベルセル）
  • QLC（クアッドレベルセル）
  • pSLC（疑似シングルレベルセル）
• フラッシュメモリの特徴まとめ

はじめに

データの最小単位は0か1の1bit、1bitが8つ集まって8bit = 1byteとして表現されます。

一般的に販売されているUSBやSDカードなどのストレージは1GB、2GB、4GB、8GB、16GB、32GB、64GBと2のx乗となっています。

そして、1024byte = 1KB、1024KB = 1MB…と1024倍（2の10乗）ごとにGB、TBと単位が変わっていきます。

NAND型フラッシュメモリの種類について

ここからはNAND型フラッシュメモリの種類について触れていきます。

NAND型フラッシュメモリには現時点でSLC、MLC、TLC、QLC、pSLCといった種類があります。
それぞれの種類をシンプルに表現すると、特定の電圧で1つのセルごとに記録できる量を変化させています。

以降では下記の図をベースにそれぞれのフラッシュメモリの種類について解説していきます。

SLC（シングルレベルセル）

最もシンプルな構造をしています。
1つのセルに対して1か0を格納し、記録します。

後述するMLCやTLC、QLC、pSLCと比べると非常に高価な反面、高速な読み書きやフラッシュメモリでは最も強固な耐久性を持っています。

MLC（マルチレベルセル）

1つのセルに対して2bitを表現している構造になります。
電圧がかかると4つの閾値で判定され、その時の電圧で記録されます。

SLCに比べ1つのセルに2倍のデータが保存できることがメリットです。
一般的に広く出回っているフラッシュメモリで1GBの記録量に対して高価格帯な印象です。

TLC（トリプルレベルセル）

1つのセルに対して3bitを表現している構造になります。
電圧がかかると8つの閾値で判定され、その時の電圧で記録されます。

1つのセルに対してSLCと比較すると8倍、MLCと比較すると2倍記録できます。
一般的に広く出回っているフラッシュメモリで1GBの記録量に対して中価格帯な印象です。

MLCと比較すると閾値が多い分、書込みに時間がかかります。
また、閾値が多いこともあり、総書き込み量も減ります。

QLC（クアッドレベルセル）

1つのセルに対して4bitを表現している構造になります。
電圧がかかると16の閾値で判定され、その時の電圧で記録されます。

1つのセルに対してSLCと比較すると16倍、MLCと比較すると8倍、TLCと比較すると2倍記録できます。
一般的に広く出回っているフラッシュメモリで1GBの記録量に対して低価格な印象です。

MLCよりも更に閾値が多いため、書込みに時間がかかります。
比例して総書き込み量も更に減ります。

pSLC（疑似シングルレベルセル）

最近出てきた画期的なフラッシュメモリの種類。

1つのセルで2bitを表現していたMLCの閾値を残しつつもSLCと同じように1つのセルに1bitを記録する方式。（TLCをpSLCとした場合も同様の仕組み）

下記の図のようにオレンジ文字を1と表現し、青文字を0と表現して格納します。
そのため、繰り返し書込み消去して発生するビットエラーの現象を防止しつつ、SLCよりも低コスト化を実現し、MLCよりも高速な書込みができるフラッシュメモリとなっています。

フラッシュメモリの特徴まとめ

上で紹介したそれぞれのフラッシュメモリの特徴を比較していきます。

	SLC	MLC	TLC	QLC	pSLC
ユーザ層	産業用	プロ・一般向け	一般向け	一般向け	産業用・プロ向け
コスト 1GBあたりの単価	高価格	中価格	低価格	激安	中価格～低価格
信頼性	最も高い	普通	低い	不安	高い
書き換え回数 （理論値）	100,000回	10,000回	5,000回	1,000回	30,000回
書き込み速度	最速	普通	低速	最も遅い	高速
読み込み速度	最速	普通	低速	最も遅い	高速
耐用年数	長寿命	普通	低寿命	最も低寿命	長寿命 （SLC > pSLC）
用途	高速かつ毎日頻繁に利用	一般利用	一般利用	消耗品と割り切る	クリエイター向け

表にすると分かるように SLC > pSLC > MLC > TLC > QLC の順番で高品質・信頼性のあるものになります。
現実的に考えるとpSLCが一番コストパフォマンスが良いですね。

大容量を購入目的にQLCのフラッシュメモリを一般利用すると安物買いの銭失いになってしまいますが、限定した利用用途を持っている場合やリスクを承知の上で購入する場合はQLCを選ぶのも手です。

一般的な利用用途であればMLC、TLCのフラッシュメモリで問題がないので自分の利用目的にあった使い方とフラッシュメモリの種類を確認した上で購入することをおすすめします。

WIP：もう少し綺麗に纏めようと思うので後ほど更新かけると思います。