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2008年11月24日

フラッシュメモリ (flash memory)

フラッシュメモリ (flash memory) は、書き換え可能であり、電源を切ってもデータが消えない不揮発性の半導体メモリ。
フラッシュEEPROMまたはフラッシュROMとも言う。
EEPROMの一種であるが、従来のEEPROMと違って1バイト単位の書き換えは出来ず、あらかじめブロック単位で消去してから書き込みを行う。
消去・書き込みのためにVppとして別電源が必要なもの (二電源系) と、単一電源で動作するものがある。最近では、低容量のROM等には3.3V単一電源のもの、携帯電話のROM用途には1.8V単一電源またはCore 1.8V・I/O 3.3Vのものが多く使われている。
一般にはROMに分類されるが、ROMでもRAMでもない存在として別に分類されている場合もある。


記憶セルを接続する構造によりNAND型フラッシュメモリとNOR型フラッシュメモリなどに分けられ、ともに舛岡富士雄が東芝在籍時に発明した。その後インテルの開発により、NOR型が先行して市場に広がった。

NAND型は、高集積化に向いていて、書き込みが高速な利点があるが、1バイト単位の読み出しはできず、ランダムアクセスによる読み出しが低速である欠点を持つ。
NAND型は、データストレージ用に適しており、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルオーディオプレーヤーなどの記憶媒体として近年広く普及しており、それによって価格も低下している。

NOR型は、1バイト単位の読み出しが可能で、高速にアクセス出来る利点があるが、書き込みは低速で、且つメモリセルの構造上高集積化がNAND型に比べて向いていない。どちらの型も、数キロバイト〜数十キロバイトのブロック単位でしか消去・書き込みは出来ない。
NOR型は、マイコン応用機器のシステムメモリに適しており、従来から使用されていたROMを置き換える存在となった。ROMの交換で行われていたファームウェアの更新も、製品の筐体を開けることなく容易に行えるようになっている。

フラッシュメモリは絶縁体となる酸化膜を貫通する電子が劣化させる為、消去・書き込み可能回数が限られており、少ない物では100回から300回、コントローラチップを集積して消去・書き込みが特定ブロックに集中しないように改良された物でも数万回から数百万回が限度である。また、回路構造上、NOR型よりもNAND型の方が劣化が激しい。
その為、RAMやハードディスクドライブなどに保存される事を前提とした書き換え頻度の高いデータベースや動作履歴などの保存の用途には適さない。
初期のフラッシュメモリは1セルあたりのbit数が1bitであった為、大容量化するとダイのサイズが大きくなり、歩留まりも低下した。そこで1セルあたりのbit数を増やす為、フローティングゲートに入れる電子の数を制御し、また読み出し時には「ゲートに入った電荷に依存してゲート下へ電流を流すための電圧が変わる (Vthが変わる) 現象」を利用する事で1セルあたりのbit数を増やした物が考案され、これをマルチレベルセル (MLC) と呼ぶ。従来の1セルあたり1bitのものはシングルレベルセル (SLC) と呼ぶようになった。速度・書き込み可能回数の面においてはSLCに優位性があるが (Vthの多段判定が不要、等による)、MLCはなによりも大容量化に優位性があり、これにより現在ではNOR型でもワンチップで1Gbitを超える製品が市販されている。

フラッシュメモリはソフト的に書き換える部分を集中しないようにする工夫(ウェアレベリング)などが行われ、書き換えに対する耐久性が徐々に向上し、一般的な用途ならば簡単には書き換え上限には達しないレベルになったこと、また低価格化が進み小容量のものであれば価格的な競争力も劣らなくなってきたことから、ハードディスクの置き換えも視野に入ってきた。
そしてついに補助記憶装置として長らく使用されてきたハードディスクの代わりとしての使用を目的としたフラッシュメモリが登場するに至る。それがFlash SSD である。このFlash SSDを採用して従来のハードディスクを排除したノートパソコンも登場している。
ノートパソコンには機器の小型化および軽量化、省電力化、衝撃に対する強さが要求される。フラッシュメモリはハードディスクと比較してこれらの要素で優れており、さらに物理的な動作がないので静音化ができ、また高速にアクセスできるという利点も持つ。ただし低価格化が進んだとは言え、容量単価の点では依然としてハードディスクが有利であり、フラッシュメモリ搭載ノートパソコンはハードディスク搭載モデルと比較して割高な価格設定になりやすく、またハードディスクほど大容量化されてはいないので容量が少なくなりがちになる。
現在有力視されているのは、バッテリー寿命を気にするノート型PCでハードディスクと組み合わせたハイブリッドシリコンディスクである。
posted by トール at 02:30| Comment(0) | TrackBack(0) | サイエンス | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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