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データと賢く付き合うコツ データと賢く付き合うコツ
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データと賢く付き合うコツSSD
データと付き合うコツ(SSD)
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データと付き合うコツ(SSD)

データと付き合うコツ SSD

SSD(ソリッドステートドライブ)

PCに使用される記憶媒体のメインストリームは、長い間HDDでした。HDDはコスト的に安価で、大容量の記憶媒体ですが、機械駆動の部品が多く、落下や水没などの物理的ダメージによるトラブルが多いのが難点で、SSDに比べると読み書きや転送速度もさほど高くありません。そのためか、最近主流になりつつあるのが、SSD(ソリッドステートドライブ)です。以前に比べ企業がビッグデータを扱う機会が増えたことや、画像と同程度に動画データを取り扱うユーザーが増えたことで、容量が多く転送速度が速いストレージが求められるようになり、SSDに対する需要が急激に高まりました。SSDは、NAND型フラッシュメモリが複数枚に、メモリコントローラ、キャッシュメモリで構成され、HDDに比べると機械的にはシンプルな構造になっています。

以下の解説は、わかりやすさを優先しているため、一部に厳密さに欠ける部分があります。

データと賢く付き合うにはSSD
NAND型フラッシュメモリ
電子データの保存イメージ
SSDには書き換え回数に制限がある

SSDでは、半導体メモリの区切られた領域(セル)にデータを読み書きします。セルは、制御ゲート、酸化膜、フローティングゲートで構成されるトランジスタです。制御ゲートに電圧がかかると、電子が酸化膜を通過し、フローティングゲートに蓄えられます。その電荷の有無がビットのオンオフになります。しかし、NAND型フラッシュメモリの性質として、電子が酸化膜を通過するたびに劣化します。数千回~数万回でフローティングゲート上の電子を保持できなくなり、書き換え回数の上限を迎えますが*ウェアレベリングや重複排除・圧縮機能などで長寿命化することが可能です。

*ウェアレベリングは、特定のブロックに書き込みが集中しないよう、書き込むブロックを分散し、書き込み回数の不均衡を無くす技術で、動的ウェアレベリングと静的ウェアレベリングがあります。

NAND型フラッシュメモリ
NAND型フラッシュメモリの構造図
SSDのメリット・デメリットを知る
SSDのメリット
  • 機械駆動ではないので、動作音がなく、静か。
  • 落下などの衝撃に比較的強い。
  • 電力の消費が少なくて済む。
  • データの読み書きが早い。
  • アプリケーションやソフトの起動や処理が高速。
SSDのデメリット
  • 以前に比べ安価にはなったが、HDDと比較すると容量単価が高い。
  • 熱や電気的なストレスに弱い。複数のメモリーチップに分散して保存するため、1つのチップが故障すると、データの読み出しができなくなる。
HDDとSSDの併用
HDDとSSD併用のイメージ画像
HDDとSSDの併用を考えてみよう

画像や動画などのデータはHDDに保存、SSDにはOSやその他のアプリケーション、ゲームなどを保存するように予め設定しておくと、各種アプリケーションやゲームなどを高速で起動することができます。SSDには、データの読み書きが高速であるという性質がある一方で、読み書きの回数に制限があります。そこで、画像などのデータはHDDに保存するようにすれば、SSDの寿命を延ばすことができます。またSSD単体でPCのストレージを担うよりも、HDDを加えた方がコストを安価に抑えることができます。HDDはSSDに比べ、何かあった場合にデータの救出が容易なこともあり、重要なデータはHDDに、速度を必要とするアプリケーションをSSDに保存することは極めて合理的で、実際、現在販売中のPCにはSSD・HDDダブル搭載の機種が増えてきています。但し、既にダブル搭載の機種であれば問題はないのですが、そうでない場合は、PC内にある程度のスペースと各々が収まるスロットが必要になります。設定にもある程度の知識が必要となります。

PC用の電源
PC用の電源のイメージ画像
SSDは電源の瞬断に弱い

SSDをPCの内蔵ストレージとして使用した場合、 アクセスが早く電力の消費が少ない利点があります。容量コストが高い点や、耐久性の低さに関しては徐々に解消されています。フラッシュメモリの「セル」に対する書き換え可能な回数は、数千回~数万回程度でしたが、フラッシュメモリに搭載される専用の制御チップによりデータ保存が平準化され、画期的に耐用回数が延びました。その一方で、複数のセルに平準化してデータ保存を行っているSSDはPCのフリーズなどで電源の瞬断が起こると記録中のセルが破壊され、データの整合性がとれなくなる危険性があります。予備バッテリの搭載が必要になるなど、SSDに関してはまだまだコスト面での課題は残されています。また、SSDでは、故障時のデータ復旧も困難です。SSDが電気的に故障したとき、フラッシュメモリも故障している可能性が高いためです。万が一フラッシュメモリにデータが残っていても、データを取り出す技術は今のところ確立されていません。

SSDのデフラグ
デフラグに注意

デフラグは、データの断片化を解消してくれるメンテナンスとして広く知られていますが、同じストレージでもSSDとHDDは根本的に書き込み方式が異なります。HDDへのデータ保存はディスクの記憶層にブロック単位でデータを書き込みますがSSDはNAND型フラッシュメモリにセル単位でデータを書き込みます。HDDと異なり上書きが出来ず、一度データを全て消去したのちに新たに書き込んでいきます。HDDのデフラグはデータの断片化を解消してくれるメンテナンスとして有効ですが、SSDのデフラグは、残っているデータを全て消去してから再度書き込みを行うので、SSDでデフラグを行うと、SSDの寿命を縮めることになります。現在ではSSD用のデフラグツールなども出ているので、データの断片化が気になる方は、SSDのデフラグに特化したツールやソフトを使いましょう。また、デフラグの代わりに「トリム(Trim)」と呼ばれるコマンドを実行し、SSDを最適化させる方法もあります。Windowsの設定でトリムの実行を有効にしておけば、その都度不要なデータを消去してくれます。(※SSDがトリム機能に対応したモデルでないと、トリムが実行されません。)

SSDのセルについて
フラッシュメモリのレベルセルのイメージ画像
セルについて知る

SSDに使用されているNAND型フラッシュメモリは、HDDのように使えるフラッシュストレージのメモリとして開発されました。データの読み書き速度を向上させるのが主な目的でした。NAND型フラッシュメモリが開発される以前のフラッシュメモリは、寿命が短い上に、容量あたりの価格が高額でした。NAND型フラッシュメモリによって、ビットあたりの単価が低減され、チップあたりの容量が大幅拡大したことにより、NAND型フラッシュメモリを記憶媒体としたSSDは、HDDと匹敵するストレージとして使われるようになりました。フラッシュメモリには、SLC(シングルレベルセル)、MLC(マルチレベルセル)、TLC(トリプルレベルセル)、QLC(クアッドレベルセル)、ペンタレベルセル(PLC)などの種類があり、それぞれに特徴があります。

SLC(シングルレベルセル)
SLC(シングルレベルセル)は、1bitのデータを1つのセルに保存できます。1セルに保存できるデータが少ない方が、耐久性や信頼性が高いですが、高コストで、一般ユーザー向けではありません。書き換え回数は、9万回~10万回程度です。
MLC(マルチレベルセル)
MLC(マルチレベルセル)は、2bitのデータを1つのセルに保存できます。書き込み速度は遅いですが、容量単価が低く、一般ユーザー向けとしてポピュラーです。書き換え回数は、8千回~1万回程度です。
TLC(トリプルレベルセル)
TLC(トリプルレベルセル)は、3bitのデータを1つのセルに保存できます。大容量で安価でもあり、一般ユーザー向けですが、MLC(マルチレベルセル)よりも耐久性がありません。書き換え回数は、3千回~5千回程度です。
QLC(クアッドレベルセル)
QLC(クアッドレベルセル)は4bitのデータを1つのセルに保存できます。TLC(トリプルレベルセル)よりさらに大容量、低価格ですが、耐久性が低いことは否めません。書き換え回数は、5百回~千回程度です。
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