似て非なる両者を比較

いまさら聞けない「フラッシュメモリ」と「DRAM／SRAM」の違いは？

「半導体メモリ」という言葉でひとくくりにされることもある「フラッシュメモリ」と「DRAM／SRAM」。だがこの2種類のメモリは全くの別物だ。両者の違いを整理する。

公開 2019年04月23日 05時05分

著者

Erin Sullivan

Rodney Brown

[TechTarget]

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　フラッシュメモリとDRAM（Dynamic Random Access Memory）／SRAM（Static Random Access Memory）について説明するとき、類似点からこれらをひとくくりにしたくなる人もいるだろう。どちらも半導体チップで構成されている点は変わらない。ただし設計や構造、パフォーマンス、仕様、コストの違いから、両者はコンピュータで全く異なる役割を果たす。

　フラッシュメモリは主にストレージとして使われる。一方のDRAM／SRAMは、演算に必要なデータをストレージから読み込み、一時的に置いておくために使われる。フラッシュメモリとDRAM／SRAMは特性上、HDDの磁気ディスクやテープストレージの磁気テープよりもデータの読み書きが高速だ。

　フラッシュメモリとDRAM／SRAMのデータ読み書き速度を比べると、DRAM／SRAMの方が速い。ただしDRAM／SRAMはコストも高い。SRAMは最も高速な選択肢だが、DRAMよりはるかに価格が高い。そのためコンピュータのCPU内部のキャッシュメモリが主な用途だ。DRAMは主に、OSやアプリケーションを動作させるための作業用のメインメモリとして使われている。

　DRAM／SRAMより安価なフラッシュメモリは、DRAM／SRAMとは異なり不揮発性で、電源供給がなくてもデータを保持できる。ただしフラッシュメモリのデータ読み書き速度は、DRAM／SRAMのどちらと比べても基本的に遅い。フラッシュメモリは消費電力の低さやデータの永続性、コストの低さから、SDメモリーカードやUSBメモリ、SSDのようなデバイスで、ストレージ用記憶媒体として使われている。

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　基本的にDRAM／SRAMは、ユーザーが任意の順序で、メモリのあらゆる要素に対して読み書きできる。SRAMはCPUに組み込まれており、一般的にはユーザーは調整を加えることができない。そのため、ここではDRAMの仕組みを見ていこう。

　DRAMはキャパシターとトランジスタから成るメモリセルを使用する。DRAMは文字通り「ダイナミック」（動的）だといえる。キャパシターに蓄えられた電荷が漏れていくため、数ミリ秒ごとに電荷を更新する必要があるからだ。こうしたメモリセルは半導体チップに組み込まれ、これらのチップはおなじみの長方形のDRAMモジュールに搭載される。DRAMモジュールは、コンピュータのマザーボードのDRAMコネクターに装着される。

　コンピュータのOSは、必要に応じてストレージからデータを呼び出し、そのデータを構成するビットをメモリセルに保持させる。OSやアプリケーションはそれらのビットを使って処理をした後、必要なデータをストレージに書き戻す。

フラッシュメモリの仕組み

　フラッシュメモリの中でも、主にドキュメントや画像といったデータ格納用途に利用されるNAND型フラッシュメモリは、トランジスタがNANDゲート（NAND演算をする論理回路）と似た機能を果たすように接続された半導体チップで構成されている。NAND型フラッシュメモリは、フラッシュメモリのビット単価の低減と大容量化を目指して開発された。開発目標が実現し、この2つの傾向が進んだことで、NAND型フラッシュメモリを採用したSSDは市場において、より安価な従来のHDDと太刀打ちできるようになった。

　NAND型フラッシュメモリは、データをブロック単位で消去する必要がある。消去対象のデータが、ブロック内の数ビットだけである場合も含めてだ。これに対してDRAM／SRAMは、ビット単位の消去が可能だ。データをブロック単位で消去する必要があることから、フラッシュメモリはDRAM／SRAMより低速になった他、初期のフラッシュメモリはDRAM／SRAMより劣化が早かった。

　現在では、一部のメモリセルに読み書きが集中しないようにする「ウェアレベリング」のようなソフトウェア機能のおかげで、フラッシュメモリの耐用年数は以前よりはるかに長くなっている。ウェアレベリングは、データの消去と書き換えが均等に分散されるようにデータを配置することで、フラッシュメモリの使用寿命を延ばすことができる。こうしたデータ配置によって、特定のブロックに書き込みサイクルが集中するのを避けることができるからだ。書き込みの集中は、早期故障につながる恐れがある。

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