PLC（ペンタレベルセル）フラッシュでフラッシュストレージはどう変わる？：QLCよりも大容量化するが……

IntelはOptaneラインアップの拡充を発表するとともに、「PLC」を開発中であると示唆した。QLCよりもさらにユースケースが限定されると予想されるPLCは、市場や業界に何をもたらすのか。

[Antony Adshead，Computer Weekly]

　2018年にQLCフラッシュストレージが市場に登場したとき、ストレージメディアメーカーはその製造プロセスを限界まで引き上げたように思えた。

　だが今、次世代NAND SSDとしてPLC（ペンタレベルセル）を開発中であることをIntelが示唆した。このSSDは各セルで5ビットのスイッチングが可能になる。パフォーマンスが低下し耐用期間は短くなるが、コストも抑えられるだろう。こうしたSSDはモノのインターネット（IoT）のようなユースケースに適している。このユースケースでは、HDDへの書き込み頻度がデータセンターハードウェアよりも少なくなる。

　フラッシュドライブは恐らく20TBの実現に向かっている。フラッシュドライブは同等の容量のHDDよりも安価になるが、I/Oパフォーマンスと耐久性、そしてユースケースには制限がある。

　PLCへの動きが実際に意味することを考えてみよう。

　フラッシュドライブは、フラッシュセル一つ当たりのステート（0と1の電圧スイッチングの状態）の数を増やすことで進化している。今ではあまり目にしないシングルレベルセル（SLC）が第一世代で、各セルは0か1のどちらかに限られた。マルチレベルセル（MLC）ではこれにもう一つセルのステートが加わり、4種類（00、01、10、11）のスイッチングが可能になった。もう一つのステートを加えたトリプルレベルセル（TLC）は電圧スイッチが7個に、そしてクアッドレベルセル（QLC）はステートが16、電圧スイッチが15個になる。QLCドライブの最大容量は現時点で約8TBだ。

　そして今（製品化されるとしたら）PLCはそのほぼ2倍の数値になると予想される。つまり32ステート、31個のスイッチング出力を実現する。

　世代間のセルスイッチング能力の向上によって、それを採用するドライブの容量が増加すると考えることができる。例えばMLCドライブはSLCドライブの4倍、PLCドライブはQLCドライブのほぼ2倍の容量を提供する。

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　だが、セルのステート容量を増加させると耐久性が低下するという代償が伴う。世代が進むごとに、より小さな領域により多くの電気操作を詰め込むようになるため、セルの耐用期間が短くなる。

　複数のスイッチングレベルには複数の電圧が必要になるため、電荷を設定して検出するのに長い時間を要することがその理由の一つだ。これによって読み取りと書き込みの時間も長くなる。

　メーカーは、容量を過剰にプロビジョニングすることでこの問題を緩和しようとしている。Western Digitalは、特定の種類のデータをフラッシュダイの特定の領域に制限する「ゾーニング」に取り組んでいる。データをWORM（write once read many）にできるだけ近づけることが目的だ。

　高性能のエンタープライズフラッシュはこの原則に従っていない。フラッシュドライブのメンテナンスはパフォーマンスを最適化するプロセスの一環として、データが削除、移動される。

　最大の疑問は、PLCフラッシュは商用化可能なのかどうか、そしてその特徴と制限はユースケースにどのような影響を与えるかということだ。

　QLCが主に対象とするのは、データがほとんど変更されないユースケースだった。PLCもこれに従うだろう。

　つまり大量のランダムI/Oや急速に変化するデータは対象外になる。PLCはQLCと同様、読み取りには最適になるだろう（シーケンシャル読み取りがより適している）。例えばMicronのQLCはSATA HDDの32倍のI/O、2倍のスループットを実現すると宣伝されている。この数値がPLCでは減少すると予想される。

　従って、ユースケースとしては何らかの機械学習のワークロードやアーカイブが考えられる。