ノートパソコンにおいて HDD のかわりに SSD( ソリッドステートドライブ ) を搭載したモデルが増えています。実は SSDによるHDD代替は、産業機器の分野でいちはやく先行していました。SSDはフラッシュメモリを利用したストレー ジデバイスです。HDD と違ってメカニックな機構をもたないため、振動や衝撃にさらされる工作機械などに適してい るからです。ただし、SSD のメモリ管理・制御には高度な技術が必要になります。フラッシュメモリの書き換え回数に は上限があり、搭載されるメモリコントローラ IC の性能しだいで、SSD の寿命やパフォーマンスは大きく変わってく るからです。高信頼性が求められる産業機器を中心に、10 年以上にわたる実績を積み上げながら進化を遂げてきたの が TDK のメモリコントローラ IC“GBDriver( ギガドライバ )” シリーズ。先進の GBDriver を搭載した TDK の SSD は、 産業機器のみならず、スマートグリッドやクラウドコンピューティングなど、IT 化が進む社会インフラの広範な分野で 応用を拡大しています。
産業機器のストレージ・ソリューション
S S D の 、 そ の 先 へ 。
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シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD
SHG2A
シリーズ
シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD SSD はフラッシュメモリチップとメモリコントロー ラ IC および周辺回路をプリント基板に搭載したデバ イスです。機器組み込み用のモジュールタイプのほか、 HDDと同サイズでパッケージされたタイプがあります。 HDD と同じインタフェースを備え、容易に置き換えが 可能です。 SSD の機能を HDD と対照させれば、データを記憶 するフラッシュメモリが HDD のプラッタ ( ディスク )、 読み書きを制御するメモリコントローラ IC が磁気ヘッ ドや位置決めのアクチュエータに相当します。メカニッ クな機構をもたない SSD は、衝撃や振動に強いだけで なく、小型・軽量、高速起動、低消費電力など、HDD をしのぐ数々の長所をもちます。半導体素子であるため、 容量単価が高いのが難点でしたが、2006 年頃からフ ラッシュメモリの低価格化が進んで SSD 市場が大きく 拡大、ノートパソコンへの搭載にも拍車がかかっていま す。 簡便なリムーバルストレージとして多用されてい る USB メモリ、デジタルカメラなどに使われるコンパ クトフラッシュやメモリカードなども、フラッシュメモ リを用いたものです。では、フラッシュメモリとは、いっ たいどのようなメモリなのでしょうか？ フ ラ ッ シ ュ メ モ リ は 現 在 の IC や LSI の主 流で ある MOS-FET を ベ ー ス と し て 開 発 さ れ た メ モ リ で す。 MOS-FET は P 型および N 型の半導体領域をつくった シリコン基板に薄い酸化膜 ( 絶縁膜 ) を形成し、ソー ス、ドレイン、ゲートの金属電極を設けた電界効果型ト ランジスタ (FET) です。上から金属 (Metal)・酸化物 (Oxide)・半導体 (Semiconductor) という順になっ ていることから、頭文字をとって MOS 型と呼ばれます。 ソース-ドレイン間に流れる電流は、ゲートの電圧によっ てコントロールします。この電源を水流にたとえると、 ゲートとは文字通り、水門のような役目をします。 フラッシュメモリは MOS-FET のゲートと酸化膜の 間に、浮遊ゲート ( フローティングゲート ) をはさんだ 2 重ゲート構造となっています。浮遊ゲートは酸化膜で すっぽり覆われているので通常は絶縁状態にあります。 しかし、上部の制御ゲートに電圧を印加すると、絶縁膜 を通じてトンネル電流 (FN 電流という ) が流れ、浮遊 ゲートに電荷が蓄えられます。これが書き込み動作とな ります。逆にシリコン基板側に電圧を印加すると、浮遊 ゲートに蓄えられた電荷が放出されます。これが消去動 作となります。
フラッシュメモリの価格ダウンにより SSD 市場が急拡大
フラッシュメモリはどんな原理でデータを保存するのか
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フラッシュメモリの価格ダウンによりSSD市場が急拡大
SSD はフラッシュメモリチップとメモリコントローラ IC および周辺回路をプリント基板に搭載したデバイス です。機器組み込み用のモジュールタイプのほか、 HDD と同サイズでパッケージされたタイプがあります。 HDD と同じインタフェースを備え、容易に置き換えが 可能です。 SSD の機能を HDD と対照させれば、データを記憶 するフラッシュメモリが HDD のプラッタ ( ディスク )、 読み書きを制御するメモリコントローラ IC が磁気ヘッ ドや位置決めのアクチュエータに相当します。メカニッ クな機構をもたない SSD は、衝撃や振動に強いだけで なく、小型・軽量、高速起動、低消費電力など、HDD をしのぐ数々の長所をもちます。半導体素子であるため、 容量単価が高いのが難点でしたが、2006 年頃からフラッ シュメモリの低価格化が進んで SSD 市場が大きく拡大、 ノートパソコンへの搭載にも拍車がかかっています。 簡便なリムーバルストレージとして多用されている USB メモリ、デジタルカメラなどに使われるコンパク トフラッシュやメモリカードなども、フラッシュメモ リを用いたものです。では、フラッシュメモリとは、いっ たいどのようなメモリなのでしょうか？フラッシュメモリはどんな原理でデータを保存するのか
フラッシュメモリは現在の IC や LSI の主流である MOS-FET をベースとして開発されたメモリです。 MOS-FET は P 型および N 型の半導体領域をつくった シリコン基板に薄い酸化膜 ( 絶縁膜 ) を形成し、ソース、 ドレイン、ゲートの金属電極を設けた電界効果型トラ ンジスタ (FET) です。上から金属 (Metal)・酸化物 (Oxide)・半導体 (Semiconductor) という順になっ ていることから、頭文字をとって MOS 型と呼ばれます。 ソース - ドレイン間に流れる電流は、ゲートの電圧によっ てコントロールします。この電源を水流にたとえると、ゲー トとは文字通り、水門のような役目をします。 フラッシュメモリは MOS-FET のゲートと酸化膜の 間に、浮遊ゲート ( フローティングゲート ) をはさんだ 2 重ゲート構造となっています。浮遊ゲートは酸化膜で すっぽり覆われているので通常は絶縁状態にあります。 しかし、上部の制御ゲートに電圧を印加すると、絶縁 膜を通じてトンネル電流 (FN 電流という ) が流れ、浮 遊ゲートに電荷が蓄えられます。これが書き込み動作 となります。逆にシリコン基板側に電圧を印加すると、 浮遊ゲートに蓄えられた電荷が放出されます。これが 消去動作となります。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L □MOS-FETとフラッシュメモリ素子の構造 ゲート シリコン基板 電子 酸化膜 20V 0V 0V 20V 酸化膜 制御ゲート 浮遊ゲート ソース ドレイン シリコン基板 《MOS-FET》 《フラッシュメモリ素子》 ソース ドレイン 《書き込み動作》 制御ゲートに電圧を加えると、 酸化膜を通じてトンネル電流が 流れ、浮遊ゲートに電子が注入 される。 《消去動作》 シリコン基板に電圧を加えると、 浮遊ゲートに蓄えられ電子が放 出される。 メモリコントローラIC 磁気ヘッドおよび アクチュエータ プラッタ(ディスク) フラッシュメモリ □SSDとHDDとの対照02
フラッシュメモリの価格ダウンによりSSD市場が急拡大
SSD はフラッシュメモリチップとメモリコントローラ IC および周辺回路をプリント基板に搭載したデバイス です。機器組み込み用のモジュールタイプのほか、 HDD と同サイズでパッケージされたタイプがあります。 HDD と同じインタフェースを備え、容易に置き換えが 可能です。 SSD の機能を HDD と対照させれば、データを記憶 するフラッシュメモリが HDD のプラッタ ( ディスク )、 読み書きを制御するメモリコントローラ IC が磁気ヘッ ドや位置決めのアクチュエータに相当します。メカニッ クな機構をもたない SSD は、衝撃や振動に強いだけで なく、小型・軽量、高速起動、低消費電力など、HDD をしのぐ数々の長所をもちます。半導体素子であるため、 容量単価が高いのが難点でしたが、2006 年頃からフラッ シュメモリの低価格化が進んで SSD 市場が大きく拡大、 ノートパソコンへの搭載にも拍車がかかっています。 簡便なリムーバルストレージとして多用されている USB メモリ、デジタルカメラなどに使われるコンパク トフラッシュやメモリカードなども、フラッシュメモ リを用いたものです。では、フラッシュメモリとは、いっ たいどのようなメモリなのでしょうか？フラッシュメモリはどんな原理でデータを保存するのか
フラッシュメモリは現在の IC や LSI の主流である MOS-FET をベースとして開発されたメモリです。 MOS-FET は P 型および N 型の半導体領域をつくった シリコン基板に薄い酸化膜 ( 絶縁膜 ) を形成し、ソース、 ドレイン、ゲートの金属電極を設けた電界効果型トラ ンジスタ (FET) です。上から金属 (Metal)・酸化物 (Oxide)・半導体 (Semiconductor) という順になっ ていることから、頭文字をとって MOS 型と呼ばれます。 ソース - ドレイン間に流れる電流は、ゲートの電圧によっ てコントロールします。この電源を水流にたとえると、ゲー トとは文字通り、水門のような役目をします。 フラッシュメモリは MOS-FET のゲートと酸化膜の 間に、浮遊ゲート ( フローティングゲート ) をはさんだ 2 重ゲート構造となっています。浮遊ゲートは酸化膜で すっぽり覆われているので通常は絶縁状態にあります。 しかし、上部の制御ゲートに電圧を印加すると、絶縁 膜を通じてトンネル電流 (FN 電流という ) が流れ、浮 遊ゲートに電荷が蓄えられます。これが書き込み動作 となります。逆にシリコン基板側に電圧を印加すると、 浮遊ゲートに蓄えられた電荷が放出されます。これが 消去動作となります。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L □MOS-FETとフラッシュメモリ素子の構造 ゲート シリコン基板 電子 酸化膜 20V 0V 0V 20V 酸化膜 制御ゲート 浮遊ゲート ソース ドレイン シリコン基板 《MOS-FET》 《フラッシュメモリ素子》 ソース ドレイン 《書き込み動作》 制御ゲートに電圧を加えると、 酸化膜を通じてトンネル電流が 流れ、浮遊ゲートに電子が注入 される。 《消去動作》 シリコン基板に電圧を加えると、 浮遊ゲートに蓄えられ電子が放 出される。 メモリコントローラIC 磁気ヘッドおよび アクチュエータ プラッタ(ディスク) フラッシュメモリ □SSDとHDDとの対照0
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シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD 浮遊ゲートを付加した MOS-FET をメモリセル ( 記憶 素子 ) として、これをシリコンウエハ上で碁盤目状に多 数集積して製造されるのがフラッシュメモリチップで す。碁盤目状に配置されたセルどうしはワード線、ビッ ト線、ソース線で結合されます。フラッシュメモリに は NOR 型と NAND 型があります。セルの基本構造 は同じですが、これらの線の結合の仕方が異なります。 NOR 型はソース線とビット線が個々のセルとつながっ ているので、1 ビット単位の書き込みが可能です。 か た や NAND 型 は 複 数 の セ ル が ソ ー ス 線 と ビ ッ ト 線 の 間 に 直 列 に 接 続 さ れ た 構 成 と な っ て い ま す。 結 合 線 の 線 幅 は 数 10nm の 狭 い も の で す が、セルそのものが微細なので、個々のセルにソー ス 線 を 配 す る NOR 型 で は 結 合 線 が 占 め る ス ペ ー ス が 大 き く な っ て し ま い ま す。 そ こ で、NAND 型 フ ラ ッ シ ュ メ モ リ で は、 ソ ー ス 線 を 複 数 の セ ル で 共有させることで、高集積化を図っているのです。 セルにデータが書かれているかどうかは、浮遊ゲートに蓄 えられている電荷量で判断します。これは結合線に加える 電圧によって検出できます。 浮遊ゲートに電荷が蓄えられていない場合は、ソース -ドレイン間の抵抗が低い状態なので、制御ゲートに低電圧 を加えただけで、ソース - ドレイン間に電流が流れます。 また、浮遊ゲートに電荷が蓄えられている場合は、ソース - ドレイン間の抵抗が高い状態なので、制御ゲートの電圧 をある程度高くしなければ電流が流れません。この電圧を “ しきい値電圧 ” といいます。つまり、しきい値電圧がロー かハイかによって、0 か 1 かのビット信号が読み出せます。 これがフラッシュメモリの読み出し原理です。浮遊ゲート は絶縁膜で覆われているので、蓄えられた電荷は電源を落 としても、そのままの状態を維持してデータは保存されま す。これが “ 不揮発性 ” メモリといわれるゆえんです。 しきい値電圧のレベルを多段階にすることでも大容 量化が図れます。1 セルあたり 1 ビット (2 レベル ) の ものを 2 値 NAND あるいは SLC(Single Level Cell) と い い、2 ビ ッ ト (4 レ ベ ル ) 以 上 に し た も の を 多 値 NAND あるいは MLC(Multi Level Cell) といいます。
高集積化には NOR 型よりも NAND 型が有利
NAND 型フラッシュメモリにおけるデータ読み出しのしくみ
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高集積化にはNOR型よりもNAND型が有利
□SSDとHDDとの対照 浮遊ゲートを付加した MOS-FET をメモリセル ( 記憶 素子 ) として、これをシリコンウエハ上で碁盤目状に多 数集積して製造されるのがフラッシュメモリチップです。 碁盤目状に配置されたセルどうしはワード線、ビット線、 ソース線で結合されます。フラッシュメモリには NOR 型と NAND 型があります。セルの基本構造は同じです が、これらの線の結合の仕方が異なります。NOR 型は ソース線とビット線が個々のセルとつながっているので、 1 ビット単位の書き込みが可能です。 かたや NAND 型は複数のセルがソース線とビット線 の間に直列に接続された構成となっています。結合線 の線幅は数 10nm の狭いものですが、セルそのものが 微細なので、個々のセルにソース線を配する NOR 型で は結合線が占めるスペースが大きくなってしまいます。 そこで、NAND 型フラッシュメモリでは、ソース線を 複数のセルで共有させることで、高集積化を図ってい るのです。NAND型フラッシュメモリにおけるデータ読み出しのしくみ
セルにデータが書かれているかどうかは、浮遊ゲート に蓄えられている電荷量で判断します。これは結合線 に加える電圧によって検出できます。 浮遊ゲートに電荷が蓄えられていない場合は、ソース -ドレイン間の抵抗が低い状態なので、制御ゲートに低 電圧を加えただけで、ソース - ドレイン間に電流が流 れます。また、浮遊ゲートに電荷が蓄えられている場 合は、ソース - ドレイン間の抵抗が高い状態なので、 制御ゲートの電圧をある程度高くしなければ電流が流 れません。この電圧を“しきい値電圧”といいます。 つまり、しきい値電圧がローかハイかによって、0 か 1 かのビット信号が読み出せます。これがフラッシュ メモリの読み出し原理です。浮遊ゲートは絶縁膜で覆 われているので、蓄えられた電荷は電源を落としても、 そのままの状態を維持してデータは保存されます。こ れが“不揮発性”メモリといわれるゆえんです。 しきい値電圧のレベルを多段階にすることでも大容 量化が図れます。1 セルあたり 1 ビット (2 レベル ) の ものを 2 値 NAND あるいは SLC(Single Level Cell) といい、2 ビット (4 レベル ) 以上にしたものを多値 NAND あるいは MLC(Multi Level Cell) とい います。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L □NOR型およびNAND型フラッシュメモリの セル構成（部分） NOR型 ビット線 NAND型 ワード線 ソース線 ワード線 ワード線 ソース セレクト線 セレクトゲート ドレイン 制御 ゲート 《メモリセルの記号》 ソース ソース線 ビット線 個々のメモリセルはそれ ぞれビット線とソース線 に独立して結合している。 複数のメモリセルが直列につ ながり、ビット線を共有している。 そのためソース線の本数が減り、 高集積化が可能となる。 ドレイン ●ソース-ドレイン間は低抵抗 ●低いゲート電圧で電流が流れる ソース-ドレイン間 電流 しきい値電圧 がシフト ロー ハイ しきい値電圧 ソース □NAND型フラッシュメモリのデータ読み出しの原理 ゲート電圧（ロー） 浮遊ゲートの電子の有無（電荷量の違い）は、ゲート電圧（しきい値電圧） の違いとなる（ローが0、ハイが1のビット信号）。 電流 《浮遊ゲートに電子が 蓄えられていない場合》 ゲート電圧（ハイ） 電流 《浮遊ゲートに電子が 蓄えられている場合》 ●ソース-ドレイン間は高抵抗 ●高いゲート電圧で電流が流れる03
高集積化にはNOR型よりもNAND型が有利
□SSDとHDDとの対照 浮遊ゲートを付加した MOS-FET をメモリセル ( 記憶 素子 ) として、これをシリコンウエハ上で碁盤目状に多 数集積して製造されるのがフラッシュメモリチップです。 碁盤目状に配置されたセルどうしはワード線、ビット線、 ソース線で結合されます。フラッシュメモリには NOR 型と NAND 型があります。セルの基本構造は同じです が、これらの線の結合の仕方が異なります。NOR 型は ソース線とビット線が個々のセルとつながっているので、 1 ビット単位の書き込みが可能です。 かたや NAND 型は複数のセルがソース線とビット線 の間に直列に接続された構成となっています。結合線 の線幅は数 10nm の狭いものですが、セルそのものが 微細なので、個々のセルにソース線を配する NOR 型で は結合線が占めるスペースが大きくなってしまいます。 そこで、NAND 型フラッシュメモリでは、ソース線を 複数のセルで共有させることで、高集積化を図ってい るのです。NAND型フラッシュメモリにおけるデータ読み出しのしくみ
セルにデータが書かれているかどうかは、浮遊ゲート に蓄えられている電荷量で判断します。これは結合線 に加える電圧によって検出できます。 浮遊ゲートに電荷が蓄えられていない場合は、ソース -ドレイン間の抵抗が低い状態なので、制御ゲートに低 電圧を加えただけで、ソース - ドレイン間に電流が流 れます。また、浮遊ゲートに電荷が蓄えられている場 合は、ソース - ドレイン間の抵抗が高い状態なので、 制御ゲートの電圧をある程度高くしなければ電流が流 れません。この電圧を“しきい値電圧”といいます。 つまり、しきい値電圧がローかハイかによって、0 か 1 かのビット信号が読み出せます。これがフラッシュ メモリの読み出し原理です。浮遊ゲートは絶縁膜で覆 われているので、蓄えられた電荷は電源を落としても、 そのままの状態を維持してデータは保存されます。こ れが“不揮発性”メモリといわれるゆえんです。 しきい値電圧のレベルを多段階にすることでも大容 量化が図れます。1 セルあたり 1 ビット (2 レベル ) の ものを 2 値 NAND あるいは SLC(Single Level Cell) といい、2 ビット (4 レベル ) 以上にしたものを多値 NAND あるいは MLC(Multi Level Cell) とい います。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L □NOR型およびNAND型フラッシュメモリの セル構成（部分） NOR型 ビット線 NAND型 ワード線 ソース線 ワード線 ワード線 ソース セレクト線 セレクトゲート ドレイン 制御 ゲート 《メモリセルの記号》 ソース ソース線 ビット線 個々のメモリセルはそれ ぞれビット線とソース線 に独立して結合している。 複数のメモリセルが直列につ ながり、ビット線を共有している。 そのためソース線の本数が減り、 高集積化が可能となる。 ドレイン ●ソース-ドレイン間は低抵抗 ●低いゲート電圧で電流が流れる ソース-ドレイン間 電流 しきい値電圧 がシフト ロー ハイ しきい値電圧 ソース □NAND型フラッシュメモリのデータ読み出しの原理 ゲート電圧（ロー） 浮遊ゲートの電子の有無（電荷量の違い）は、ゲート電圧（しきい値電圧） の違いとなる（ローが0、ハイが1のビット信号）。 電流 《浮遊ゲートに電子が 蓄えられていない場合》 ゲート電圧（ハイ） 電流 《浮遊ゲートに電子が 蓄えられている場合》 ●ソース-ドレイン間は高抵抗 ●高いゲート電圧で電流が流れる0
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シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD NAND 型フラッシュメモリは便利なデータストレージと して多用されていますが、リスキーな面ももっています。 多数のセルにソース線を共有させる構成であるため、書 き込みは複数のセルからなる “ ページ ” という単位で行 われることになり、また消去においては複数のページか らになる“ブロック”という単位で行われます。このため、 あるページを書き換えるのに、そのページを含むブロッ ク全体をいったん外部に一時的に保存してからブロック 全体を消去し、保存先でデータを書き換えてから、空き ブロックに記録するという動作が行われます。したがっ て、たった 1 ビットの書き換えでも、ブロック全体の消 去という動作があるため、エラーが起こるとブロック全 体のデータが消失するという事態も発生するのです。 また、HDD はメカニック機構や回路の故障などがな いかぎり、プラッタ ( ディスク ) にはほぼ無限に書き換 えが可能です。しかし、SSD に書き換え回数に上限が あります。SLC では約 10 万回、MLC ではもっと少な くなります。これは浮遊ゲートの酸化膜を貫通するトン ネル電流が、酸化膜をしだいに劣化させることによるも のです。このため、ある特定のブロックに集中的に書き 換えが繰り返されると、回復不能な不良ブロックとなり、 エラーを起こしたり、フラッシュメモリの容量を低下さ せてしまいます。そこで、SSD において重要な役割を 果たすのがコントローラ IC です。
NAND 型フラッシュメモリの書き換え回数には上限がある
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NAND型フラッシュメモリの書き換え回数には上限がある
NAND 型フラッシュメモリは便利なデータストレージ として多用されていますが、リスキーな面ももってい ます。多数のセルにソース線を共有させる構成である ため、書き込みは複数のセルからなる“ページ”とい う単位で行われることになり、また消去においては複 数のページからになる“ブロック”という単位で行わ れます。このため、あるページを書き換えるのに、そ のページを含むブロック全体をいったん外部に一時的 に保存してからブロック全体を消去し、保存先でデー タを書き換えてから、空きブロックに記録するという 動作が行われます。したがって、たった 1 ビットの書 き換えでも、ブロック全体の消去という動作があるため、 エラーが起こるとブロック全体のデータが消失すると いう事態も発生するのです。 また、HDD はメカニック機構や回路の故障などがな いかぎり、プラッタ ( ディスク ) にはほぼ無限に書き換 えが可能です。しかし、SSD に書き換え回数に上限が あります。SLC では約 10 万回、MLC ではもっと少な くなります。これは浮遊ゲートの酸化膜を貫通するト ンネル電流が、酸化膜をしだいに劣化させることによ るものです。このため、ある特定のブロックに集中的 に書き換えが繰り返されると、回復不能な不良ブロッ クとなり、エラーを起こしたり、フラッシュメモリの 容量を低下させてしまいます。そこで、SSD において 重要な役割を果たすのがコントローラ IC です。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L □コントローラICによるウエアレベリング（概念図） □フラッシュメモリのセル、ページ、ブロック 《書き換え》 《書き換え》 ウエア レベリング ウエアレベリング 《書き換え》 不良ブロック の発生 特定のブロックへの書き換えが集中すると、メモリセルが劣化 して、そのブロックが不良化してしまう。 コントローラICの特殊なアルゴリズムにより、書き換えが特定 フロックに集中しないように分散化させる。 メモリセル ページ ブロック NAND型フラッシュメモ リでは、書き換えはページ 単位、消去はブロック単位 で実行される。広範囲で一 括消去する方式なので“フ ラッシュ”メモリと呼ばれる。0
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シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD SSD においてフラッシュメモリとの間でデータの読み 書きを制御するのがメモリコントローラ IC です。フラッ シュメモリの書き換え可能には上限があるため、特定の ブロックに書き換えが集中しないように分散化を図るこ とをウエアレベリングといいます。セルの疲弊 (Wear) をその度合に応じて平準化 (Leveling) という意味です。 特定のブロックに書き換えを集中させないウエアレベリ ングは、SSD の基本的な技術ですが、ウエアレベリン グのよしあしはアルゴリズムによって左右されます。 独自開発のアルゴリズムにより、きめ細かな制御方式 を採用、高い評価を獲得しているのが TDK の NAND 型フラッシュメモリ用コントローラ IC“GBDriver ( ギガバイトドライバ )” です。強力なエラー訂正機能と ともに、電源遮断によるエラーについても未然防止する 機能を装備。また、データ読み出しを繰り返すことで発 生するリードディスターブエラーを自動修復するオート リカバリ機能を搭載するなど、すぐれた信頼性を実現し ています。 SSD では複数のフラッシュメモリチップを搭載する ことで大容量化を図っています。TDK の GBDriver の 大きな特長は、個々のメモリチップ内における分散化は もちろん、複数のメモリチップにわたる全メモリ領域で の分散化 ( スタティック・ウエアレベリング方式 ) を導 入して、搭載フラッシュメモリの書き換え回数を飛躍 的に向上させていることです。TDK の GBDriver およ び GBDriver 搭載 CF/SSD が、業界から高い評価を獲 得しているのも、このすぐれた分散化技術にあります。
TDK 独自のアルゴリズムによるウエアレベリング
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TDK独自のアルゴリズムによるウエアレベリング
SSD においてフラッシュメモリとの間でデータの読み 書きを制御するのがメモリコントローラ IC です。フラッ シュメモリの書き換え可能には上限があるため、特定 のブロックに書き換えが集中しないように分散化を図 ることをウエアレベリングといいます。セルの疲弊 (Wear) をその度合に応じて平準化 (Leveling) という 意味です。特定のブロックに書き換えを集中させない ウエアレベリングは、SSD の基本的な技術ですが、ウ エアレベリングのよしあしはアルゴリズムによって左 右されます。 独自開発のアルゴリズムにより、きめ細かな制御方 式 を 採 用 、 高 い 評 価 を 獲 得 して い る の が T D K の NAND 型フラッシュメモリ用コントローラ IC“GBDriver ( ギガバイトドライバ )”です。強力なエラー訂正機能 とともに、電源遮断によるエラーについても未然防止 する機能を装備。また、データ読み出しを繰り返すこ とで発生するリードディスターブエラーを自動修復す るオートリカバリ機能を搭載するなど、すぐれた信頼 性を実現しています。 SSD では複数のフラッシュメモリチップを搭載する ことで大容量化を図っています。TDK の GBDriver の 大きな特長は、個々のメモリチップ内における分散化 はもちろん、複数のメモリチップにわたる全メモリ領 域での分散化 ( スタティック・ウエアレベリング方式 ) を導入して、搭載フラッシュメモリの書き換え回数を 飛躍的に向上させていることです。TDK の GBDriver および GBDriver 搭載 CF/SSD が、業界から高い評 価を獲得しているのも、このすぐれた分散化技術にあ ります。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L □全メモリ領域でのスタティック・ウエアレベリング方式 □GBDriver適用システム例 メモリチップ GBDriver メモリチップ メモリチップ メモリチップ メモリチップ メモリチップ メモリチップ メモリチップ TDK のGBDriverは、個々のメモリチップ 内はもちろん、全メモリ領域において平準化 を図る高度分散書き込み方式(スタティック・ ウエアレベリング機能)を採用。搭載フラッシュ メモリの書き換え回数を飛躍的に向上させ ました。 3.0Gb/s SATA II SOFT WARE Application CPU RAM HARD WARE DEVICENAND Flash Memory
書き込み処理 不良ブロック管理 ウエアレベリング エラー訂正 電源遮断対応 フラッシュコントロール リード&ライトプロテクト 異常操作耐性 スマートコマンド機能 全セクタ数設定機能 Supporting SATA II GBDriver RS2
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シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD 2000 年の発売開始以来、TDK の GBDriver シリーズ の出荷数は累計 3000 万個にも及びます。フラッシュ メモリの大容量化とともに、TDK の GBDriver も大き く進化を遂げてきました。現在の主力製品は SATA 対 応の RS シリーズおよび PATA対応のRAシリーズです。 新製品の “ ハーフスリムタイプ SSD SHG2A シリー ズ ” は、GBDriver RS2 を搭載した SATA II 対応の小 型 (1.8 インチ HDD の半分のサイズ )・高性能の SSD モジュールです ( 最大 32GB)。 SSD SHG2A シリーズは寿命診断プログラム SMART (Self-Monitaring & Analysis Reporting Technology)I にも対応しています。これは TDK の CF カードや SSD に搭載されているフラッシュメモリ の書き換え ( 消去 ) 回数の進み具合などを監視しながら、 実際のシステムでの CF カードや SSD の寿命をリアル タイムで定量的に把握できるプログラムです (TDK の ホームページからダウンロードしてご利用いただけます )。
ダウロードして利用できる SSD 寿命診断ツール“TDK SMART”
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ダウロードして利用できるSSD寿命診断ツール“TDK SMART”
2000 年の発売開始以来、TDK の GBDriver シリーズ の出荷数は累計 3000 万個にも及びます。フラッシュ メモリの大容量化とともに、TDK の GBDriver も大き く進化を遂げてきました。現在の主力製品は SATA 対 応の RS シリーズおよび PATA 対応の RA シリーズです。 新製品の“ハーフスリムタイプ SSD SHG2A シリーズ” は、GBDriver RS2 を搭載した SATA II 対応の小型 (1.8 インチ HDD の半分のサイズ )・高性能の SSD モジュールです ( 最大 32GB)。 SSD SHG2A シリーズは寿命診断プログラム SMART (Self-Monitaring & Analysis Reporting Tech-nology)I にも対応しています。これは TDK の CF カー ドや SSD に搭載されているフラッシュメモリの書き換 え ( 消去 ) 回数の進み具合などを監視しながら、実際の システムでの CF カードや SSD の寿命をリアルタイム で定量的に把握できるプログラムです (TDK のホームペー ジからダウンロードしてご利用いただけます )。 シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L TDKのCF/SSD（SMART ON仕様機種）の書き換え回数や寿命をリアルタイムで把握で きるプログラム（※TDKホームページよりダウンロードしてご利用ください）。 □寿命診断プログラム“TDK SMART”取得できる情報
書き換え（消去）が最も多く発生したブロックの書き換え回数 書き換え（消去）が最も少なく発生したブロックの書き換え回数 全ブロックの書き換え（消去）回数（10段階ヒストグラム） CF/SSDへの書き換え（消去）回数総数2
CF/SSD内部に搭載されているフラッシュメモリの個数および総ブロック数1
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シリアル ATA 3Gb/s 対応ハーフスリム SSD TDK のハーフスリムタイプ SSD SHG2A シリーズは、 産業機器における HDD 代替にとどまらず、多方面での 応用が可能です。衝撃や振動に強いという SSD ならで はの特性は、カーナビやドライブレコーダなどの車載機 器や鉄道車両用機器における HDD 代替ストレージとし て最適です。また、高い信頼性が求められる医療機器や 分析機器、ATM や POS システムなどへの利用にも期 待されています。 AES 128bit 暗号化機能を搭載しているのでセキュ リティ面でも大きなメリットを生み出します。これはフ ラッシュメモリに格納されているデータを暗号化して保 存する機能です。データは取り出せても内容は解析不能 なので、データの改ざんや漏洩を防止でき、個人情報の 保護などにも最適です。金融 /ATM 端末、病院の電子 カルテシステムなど、広範な分野での応用が広がってい ます。 フラッシュメモリのコストダウンにより、SSD は容 量単価において HDD の数倍程度にまで近づいてきまし た。一方で HDD の高記録密度化も著しく進んでいま す。データセンターなどでは書き換え頻度の少ないデー タは磁気テープや光ディスク、書き換え頻度の高いもの は HDD、より高速アクセスが求められるものは SSD と、 データストレージの効率的な住み分けが進むと予測され ています。 磁気テープ、光ディスク、HDD 用ヘッドなど、最先 端の記録技術を究めてきた TDK は、GBDriver という 独自開発のメモリコントローラ IC により、SSD 技術 においても世界をリードしています。スマートグリッド やクラウドコンピューティングなど、社会インフラの IT 化により、SSD によるストレージ・ソリューション は、これから本格化を迎えます。大容量・省電力・信頼 性・長寿命・高速性をバランスよく実現しているのが、 GBDriver を搭載した TDK の SSD です。
社会インフラの IT 化により SSD ソリューションが加速
シリアルATA 3Gb/s 対応ハーフスリムSSD T E C H N I C A L J O U R N A L07
社会インフラのIT化によりSSDソリューションが加速
TDK のハーフスリムタイプ SSD SHG2A シリーズは、 産業機器における HDD 代替にとどまらず、多方面での 応用が可能です。衝撃や振動に強いという SSD ならで はの特性は、カーナビやドライブレコーダなどの車載 機器や鉄道車両用機器における HDD 代替ストレージ として最適です。また、高い信頼性が求められる医療 機器や分析機器、ATM や POS システムなどへの利用 にも期待されています。 AES 128bit 暗号化機能を搭載しているのでセキュ リティ面でも大きなメリットを生み出します。これは フラッシュメモリに格納されているデータを暗号化し て保存する機能です。データは取り出せても内容は解 析不能なので、データの改ざんや漏洩を防止でき、個 人情報の保護などにも最適です。金融 /ATM 端末、病 院の電子カルテシステムなど、広範な分野での応用が 広がっています。 フラッシュメモリのコストダウンにより、SSD は容 量単価において HDD の数倍程度にまで近づいてきま した。一方で HDD の高記録密度化も著しく進んでい ます。データセンターなどでは書き換え頻度の少ないデー タは磁気テープや光ディスク、書き換え頻度の高いも のは HDD、より高速アクセスが求められるものは SSD と、データストレージの効率的な住み分けが進む と予測されています。 磁気テープ、光ディスク、HDD 用ヘッドなど、最先 端の記録技術を究めてきた TDK は、GBDriver とい う独自開発のメモリコントローラ IC により、SSD 技 術においても世界をリードしています。スマートグリッ ドやクラウドコンピューティングなど、社会インフラ の IT 化により、SSD によるストレージ・ソリューショ ンは、これから本格化を迎えます。大容量・省電力・ 信頼性・長寿命・高速性をバランスよく実現している のが、GBDriver を搭載した TDK の SSD です。 □ハーフスリムタイプSSDモジュール SHG2Aシリーズの特長と応用分野 HOST SSD GBDriver RS2 暗号化処理 フラッシュ メモリ 暗号化処理 Write Read 耐衝撃性 1500G（非動作時） 耐振動性 15G（動作時） Read 95MB/s Write 55MB/s 39.8mm 54.0mm 厚さ4.0mm AES128bit暗号化機能搭載 耐衝撃・耐振動性 暗号化機能 長寿命 省スペース 高信頼性 高速アクセス 寿命診断ツール 暗号化されたデータがメモリ内部に保存。 メモリ内のデータは取り出せても内容 は解読不能なので、データの改ざんや 漏洩を防止できます。 【FA／計測】 NC工作機械、シ半導体製造装置、ー ケンサ・PLC、FAパネルコンピュー タなど 【医療】 画像診断装置、医療PC、電子カル テシステム、分析・測定機器など 【OA】 多機能プリンタ（MFP）1、電子黒板、 業務用プロジェクタなど 【IT】 シンクライアントPC、グリーン IT機器、組み込みCPUボード、デー タサーバなど 【通信/放送】 LTE次世代Super3G携帯電話サー バ、ルータなど 【金融】 銀行のATM、証券会社のインター ネット取引システムなど 【スマートグリッド】 スマートメータ、パワーコントロー ラなど 【アミューズメント】 アーケードゲーム機など 【流通】 POS端末、キヨスク端末、RFIDシ ステムなど 【自動車/鉄道】 カーナビ、ドライブレコーダ、デジ タルタコグラフ、鉄道車両用機器、 自動改札システムなど 【防災/セキュリティ】 防犯・防災機器、監視カメラシス テム、デジタルサイネージ、セキュ リティ認証システムなど 独自開発のアルゴリズムにより、 全メモリ領域でスタティック・ ウエアレベリングを実現 1.8インチHDD の半分のサイズ 強力なエラー訂正機能(最大 15bit、/sector ECCまで拡 張可能)、電源保護回路搭載。 電源遮断時の巻き添えデー タエラーを完全に阻止。 “TDK SMART”により、書 き換え回数や寿命をリアル タイムで把握。 ※TDKホームページよりダ ウンロードしてご利用いた だけます。0
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シリーズ シリアルATA 3Gb/sインタフェース ハーフスリムSSD（ソリッドステートドライブ）RS2シリーズ 型番 SHG2Aシリーズ 容量 1GB/2GB/4GB/8GB/16GB 32GB形状 Half Slim Type SSD SATA Half Slim Type SSD SATA
搭載メモリ SLC（2値） NAND型フラッシュメモリ MLC（多値） NAND型フラッシュメモリ 搭載コントローラ TDK GBDriver RS2a TDK GBDriver RS2a
インタフェース Serial ATA Second Generation Serial ATA Second Generation
転送モード Generation 1: 1.5Gb/s，Generation 2: 3.0Gb/s Generation 1: 1.5Gb/s，Generation 2: 3.0Gb/s 転送速度* Read(max.) 95MB/s 95MB/s
Write(max.) 55MB/s 28MB/s
エラー訂正機能（ECC） 8bit/sector（512byte）訂正 15bit/sector（512byte）訂正 固定領域有無に関わらず、 固定領域有無に関わらず、 書き換え寿命* 有効ブロック数×100,000回 有効ブロック数×3,000回 （例: 16GB Half Slimの場合、62億回） （32GB Half Slim：9億回）
耐振動性 15G 15G 耐衝撃性 1,500G(0.5ms) 1,500G(0.5ms) MTBF 900,000時間 900,000時間 動作周囲温度 0 to 70℃[-40 to +85℃ Industrial option] 0 to 70℃ *4ch Interleaved モード時
