NANDセルテクノロジーの進化はフラッシュドライブの大容量化と低価格化をもたらした。1セル当たり1ビットの情報を記録するシングルレベルセル（SLC）から、1セル当たり2ビットのマルチレベルセル（MLC）、1セル当たり3ビットのトリプルレベルセル（TLC）へと進化した。

　TLCのフラッシュドライブはHDDをしのぐほどの大容量を提供する。ただし、SLCドライブと比べるとパフォーマンスが低くなる。新しい3D NANDテクノロジーの製造コストが従来のNANDテクノロジー並みに下がれば、容量とパフォーマンスの両方を提供可能になるだろう。

ストレージコントローラー

　SSDのパフォーマンスを考える上ではストレージコントローラーも重要な要素だ。これはファームウェアを実行するドライブ専用プロセッサで、ウェアレベリングやガベージコレクション、暗号化、不良ブロックマッピング、誤り訂正などの処理を制御する。その役割は重要であり、ドライブのI/Oワークロードが増加し、フルキャパシティーで実行する場合でも、全てのストレージ関連処理を適切に実行できなければならない。いずれかがうまく機能しないとSSDのパフォーマンス低下につながる。

　サーバとドライブをつなぐインタフェースもSSDの重要な構成要素だ。「Serial Attached SCSI」（SAS）と「Serial Advanced Technology Attachment」（SATA）が広く使われている。一般にSASの方が企業向けの特性を備え、パフォーマンスが高い。

　ただし、どちらのインタフェースもストレージのボトルネックになる。そこで、SASやSATAより高いパフォーマンスを実現する「Nonvolatile Memory Express」（NVMe）対応の「PCI Express」（PCIe）接続型SSDが登場している。

　企業向けSSDには、ストレージメディアとインタフェースの間にダイナミックRAMインラインバッファーも必要だ。このバッファーの高速キャッシュメカニズムで一時的なデータのステージングとコレクションの領域を提供する。データアクセスと書き換えを効率化して書き込み処理の負荷を抑えるには十分なサイズのバッファーが必要になる。適切なバッファーは高性能SSDに不可欠の構成要素だ。

書き込み増幅

　フラッシュドライブのSSDでは、要求された書き込みの数より実際の書き込みの数が多くなる書き込み増幅という現象が発生する。単純にデータを追加したり上書きしたりできるHDDとは違い、SSDにデータを書き込むには他のデータを消去して書き込み直さなければならない。その結果、書き込み数が増幅する。これによってIOPSが増えると、書き込みパフォーマンスが大きく低下する原因になる。

　フラッシュドライブでは、データを書き込むための各ページをブロックという単位にまとめている。1つのセルにデータを書き込むには、書き込み先のブロックが空でない限り、ブロック全体を消去しなければならない。その場合、古いデータを退避して元の場所から削除し、新しいデータとともに書き戻す。このプロセスによって書き込み数が増幅すると、SSDのパフォーマンス低下や寿命の短縮につながることになる。

　また、SSDでは一般に、書き込みのパフォーマンスを向上させるためにガベージコレクションというプロセスを採用している。これは、データが書き込まれているブロックを前もって解放しておく。そうすることによって、書き込みが発生するたびにブロック全体を消去する必要性が減る。だが、ガベージコレクションプロセスも書き込み増幅の要因となり、適切に行われないと本来の書き込みのパフォーマンスが低下する。

　多くのSSDは、セルの早期劣化を防ぐウェアレベリングプロセスも導入している。書き込みを空きブロックに均等に分散して、特定のブロックばかりに書き込みと消去が集中しないようにする機能だ。これもガベージコレクションと同様、書き込み増幅を引き起こすことがあり、実装方式によってはパフォーマンスに影響する可能性がある。

　これ以外に不良ブロック管理も書き込み増幅の要因になる。これはデータを保存できないような信頼性の低いセルが含まれるブロックを検出する。また、SSDにデフラグを実行しても効果はないが、読み取り／書き込みのオーバーヘッドにつながる可能性がある。

　書き込み増幅を減らし、ガベージコレクションやウェアレベリング、その他のプロセスの影響を抑える方法としてよく使われているのが、使用可能な容量を制限するオーバープロビジョニングという技法だ。例えば、使用可能な容量を75～80％、またはそれ以下に制限する。空き容量の一部を確保することによって書き込み処理の効率が上がり、SSDのパフォーマンスも向上する。

　また、インタフェースにも書き込み増幅の抑制に役立つ機能がある。例えば、SATAのTRIMコマンドや、SASのUNMAPコマンドは、既に使用していない、内部的にデータを消去してもいいブロックを特定する。これを利用するとガベージコレクションの処理が減り、使用可能な領域が増えるので、SSDのパフォーマンスが向上する。

　データセンターに採用するSSDの選定には、使用可能なサーバやネットワークのリソースと、それらのサーバで実行するオペレーティングシステムも考慮に入れなければならない。それでもやはり、最大の検討事項はSSDの構成要素と書き込み増幅対策だろう。購入するSSDが必要なパフォーマンスを提供できるかどうかを確認するには、こうした項目を押さえておく必要がある。