TLCフラッシュの仕組みとメリット

HDD並の低価格を実現したTLCフラッシュでフラッシュストレージ移行が加速

容量当たりのコストはHDDと同等という低価格が魅力のTLCフラッシュとは何か？　その構造とメリット、今後の展望を紹介する。

　米Dellは初めて、1セル当たり3ビットを使うTLC（Triple Level Cell）フラッシュのストレージアレイを発売した。同社のストレージアレイ製品であるSCシリーズにはSLC（Single Level Cell）とMLC（Multi Level Cell）タイプのフラッシュメモリがラインアップされており、今回TLCが加わった形だ。なお、このシリーズには昔ながらのHDDも含まれている。

　そもそも、TLCフラッシュストレージとはどんなものなのか。どのような用途に適しているのか。

　TLCフラッシュは、既存規格のフラッシュチップに比べて、より多くのデータを格納することができる。そのため、コストがほぼHDDのレベルにまで低減した。TLCフラッシュはGバイト当たりのコストが1.66ドルで、容量当たりのコストは回転数15,000rpmのHDDとほぼ同じであるとDellは説明している。

　では、性能で比較した場合はどうか？　同社によると、新製品のTLCフラッシュは韓国Samsung Electronicsから供給を受けているもので、性能は15,000rpmのHDDの24倍だという。ランダム読み取りについての1秒当たりの入出力値（IOPS）は18万（ブロックサイズは4Kバイト）を実現する。

　また、これはドライブが1台の場合の値だ。複数台のドライブを連結してデータもストライプ化すれば、フラッシュメモリ並みのIOPS値を実現する。ただしこれはあくまで読み取り性能の話だ。

　ブロックサイズが4Kバイトの場合、ランダム書き込みのIOPS値は1万5000となっている。読み取り時に比べるとずっと低速だ。つまり、TLCフラッシュは読み取りが多いワークロードに適しており、15,000rpmのHDDよりもはるかに性能がまさっているのでリプレースの選択肢となり得る。

チップを垂直に積み上げて耐久性を向上

　Samsungは同社のTLCドライブ、PM1633については5年間の動作保証をしている。Dellはサポート対象のアレイにこの製品が含まれている場合、障害時は無償でリプレースするサービスを提供している。このような大胆な施策を実行できるのは、チップの製造工程にその一因がある。Samsungは今回、ファブリケーションプロセスにおいては最小値の限界である10ナノメートル（nm）を切ろうかという微小化の方向を諦め、30ナノプロセスを採用して堅牢性を向上させた。

　これは、TLCはMLCに比べて構造が複雑だからだ。フラッシュセル1個当たりの電子スイッチが増えるために、電荷検出時の要件も増える。また、干渉のスコープが大きくなりセルの微細化の失敗率も高くなる。特にセルを小型化すると困難が増える。

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