SSD「オーバーヒート」の原因と対策【第3回】

SSDはなぜ「熱」で遅くなるのか？　その“仕組み”はこれだ

過剰な発熱である「オーバーヒート」により、SSDの性能が悪化することがあるのはなぜなのか。その仕組みを理解するためには、SSDの“中身”を知る必要があるという。どういうことなのか。具体的な仕組みとは。

公開 2023年04月02日 10時30分

[TechTarget]

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　過剰に発熱する「オーバーヒート」が発生すると、データ読み書き速度や耐久性といったSSDの性能を悪化させる恐れがある。そもそもオーバーヒートは、なぜSSDの性能に影響を及ぼすのか。その仕組みを理解するには、SSDがどのようにデータを保存し、保護しているのかを理解する必要がある。

「熱」でSSDが遅くなる“仕組み”はこれだ

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連載：SSD「オーバーヒート」の原因と対策

SSDの基礎知識

　SSDを構成するNAND型フラッシュメモリは、内部のメモリセル（データを保存する最小単位の要素）に、電荷（物体が帯びている電気量）としてデータを保存する。メモリセル内で、電荷のもととなる電子を蓄えるのが、メモリセルごとにある電荷保持領域だ。

　電荷保持領域には、大きく分けて多結晶シリコンの層である「浮遊ゲート」（フローティングゲート）と、シリコン窒化膜の層である「チャージトラップ」（電荷捕獲）膜がある。NAND型フラッシュメモリは、こうした電荷保持領域に電子を蓄えたり、放出したりして電荷を変化させることで、データの書き込みと消去を実現する。

　オーバーヒートは、電荷保持領域内にある電子のエネルギーを増大させる。電子のエネルギーが大きくなると、電荷保持領域から電子が逃げやすくなる。そのためビット単位でデータに誤りが生じる「ビットエラー」の発生頻度が高くなり、誤り訂正符号による訂正が不可能な程度になることがある。

意図的に性能を落としてSSDを守る「サーマルスロットリング」

　SSDベンダー各社は、オーバーヒートによるデータ保持問題の発生を回避するために、発熱を抑制する「サーマルスロットリング」という機構を考案。コンピュータとの接続制御を担う「SSDコントローラー」のファームウェアに広く実装している。NAND型フラッシュメモリが設計上の最高温度（コンシューマー向けの場合は70℃程度）に達すると、SSDはサーマルスロットリングを機能させ、NAND型フラッシュメモリの冷却を可能にするために性能を低下させる。

　サーマルスロットリングにより、オーバーヒートの発生を抑制できるものの、性能の低下によりユーザーエクスペリエンス（UX：ユーザー経験価値）が損なわれてしまう。設計が優れたサーマルスロットリングは、冷却効果を確保しつつ、性能低下を最小限に抑えたSSDを実現する。

　次回は、SSDの主な冷却方法を整理する。