「QLC」の期待と課題【前編】

「QLC」方式のNAND型フラッシュメモリはHDDの代わりになるのか？

QLC方式のNAND型フラッシュメモリはデータを高密度で保持できる利点があるが、犠牲になる性能もある。それを理解する上で役立つのが、データを保持する仕組みを知ることだ。

　NAND型フラッシュメモリに格納できるデータ量を増やすため、メモリベンダー各社は1つのメモリセル（データの記憶素子）に保存できるbit数を増やす技術を開発してきた。始めは1メモリセルに1bitだったものが2bitになり、やがて3bitになった。そして1メモリセルに4bitを格納する「クアッドレベルセル」（QLC）方式のNAND型フラッシュメモリが登場した。1メモリセルに3bitを格納する「トリプルレベルセル」（TLC）方式のNAND型フラッシュメモリと比べ、QLC方式はデータ保持の密度が約33%増加するため、コスト効率が上がる。

　デメリットもある。適したアプリケーションが限定されることだ。QLC方式のNAND型フラッシュメモリの採用を急ぐ前に、その制約を理解し、どのようなアプリケーションが適しているのか確認しておく必要がある。

　QLC方式のNAND型フラッシュメモリを搭載したフラッシュストレージは、データセンターで広く採用されているHDDの有力な代替策になる。

QLCの実力と中身

　Micron Technologyによると、同社が製造するQLC方式のNAND型フラッシュメモリの読み取りIOPS（1秒間に処理できるI/O数）は、一般的なHDDの450倍以上になるという。QLC方式のNAND型フラッシュメモリを搭載したフラッシュストレージは設置スペースを節約でき、電力消費量が少ない上、価格はHDDとほぼ同等だ。

　不揮発性メモリの一種であるNAND型フラッシュメモリは、複数のシリコンダイ（回路を作り込んだシリコンの薄辺）から構成されている。1枚のシリコンダイは複数の「プレーン」という領域に分かれ、各プレーンは複数の「ブロック」という領域に、各ブロックは複数の「ページ」という領域に、各ページは複数のメモリセルに分かれ、各メモリセルにデータを格納する。データの読み出しと書き込みはページ単位であるのに対し、データの消去はブロック単位であるため、書き込みと消去のプロセスは複雑になる。

　各ドライブが搭載する「メモリコントローラー」がデータの読み書きを制御する。例えば、データの書き換えを複数のメモリセルに均等に分散させる「ウェアレベリング」、空きブロックを作り出す「ガベージコレクション」に加え、誤り訂正、データ暗号化といったタスクをメモリコントローラーが制御する。ウェアレベリングとガベージコレクションは、書き込みと消去のプロセスの影響を緩和し、フラッシュメモリの耐久性（寿命）を延ばす上で重要だ。

注意すべき「P/Eサイクル」課題

「QLC」の期待と課題

QLC方式のNAND型フラッシュメモリは、1個のメモリセルで4bitを保持でき、高密度のデータ保管を可能にする。ただし密度を高めている分、犠牲にしなければならない性能もある。どのようなアプリケーションであれば適しているのだろうか。

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