フラッシュメモリって何だ?

こんにちわ。

最近、普及している記憶メディアはUSBメモリや、SDメモリーカード、メモリースティック、SSDなどは記憶装置部分にフラッシュメモリというものを使用しているそうです。

フラッシュメモリってよく聞きますけど、普通のパソコンなどに入っているメモリとどこか違うのかな?

RAMじゃないの?

と、思って調べてみました。

今回は、フラッシュメモリの話です。

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フラッシュメモリとは

フラッシュメモリ は、FETでホットエレクトロンを浮遊ゲートに注入してデータ記録を行う不揮発性メモリのことだそうです。

専門用語がよくわかりませんね。(笑)

ただ、データ消去が「ぱっと一括して」できることから、写真のフラッシュになぞらえて、フラッシュメモリと名付けられたそうですよ。

フラッシュメモリは、フラッシュEEPROMやフラッシュROMとも呼ばれていることから、ROMの一種です。

ですので、一度書いたものは何もしなければ電源が無くても消えないってことですね。

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フラッシュメモリの仕組み

フラッシュメモリはその仕組みからNAND型とNOR型があるのですが、たとえばNAND型ではメモリの読み書きというのは、 電圧調整によって電子量を変えることで可能となります。

フラッシュメモリは、「絶縁膜」、「浮遊ゲート」、「トンネル酸化膜」の層で構成されています。

浮遊ゲートの部分には電子が閉じ込められるようになっており、この電子量がデータとなります。

その下のトンネル酸化膜は、電子を通過させることができる層でデータを保存した後は絶縁膜となり電子を閉じ込めるようになっています。

データ消去の場合は電子を放出します。

このような仕組み上、上書き保存はできません。

データを読み込む方法ですが、低電圧をかけて浮遊ゲートにある電子量の変化を信号として読みとります。

このとき、下層のトンネル酸化膜は、電子を漏らさないように絶縁膜となっています。

反対に、データを書き込むときは高電圧をかけます。

トンネル酸化膜は絶縁膜でなくなるので、電子が通過して浮遊ゲートに格納されます。

保存後はトンネル酸化膜は、電子を漏らさないように絶縁膜となります。

データを消去するときは、書き込みの時とは逆方向に電圧をかけます。

逆方向の電圧がかかると、電子がトンネル酸化膜を通過し、浮遊ゲートから放出されてデータは消失します。

(出典:ウィキメディア・コモンズ photo by Nrbelex / CC by-sa 3.0)

その他のフラッシュメモリの特徴

その他のフラッシュメモリの特徴です。

フラッシュメモリは書き換えができない

フラッシュメモリは先に書いたように「書き換え」ができません。

正確には、データを書き換えるためには「消去」してから「書き込み」を行う必要があります。

また、消去は「ブロック」と呼ばれるまとまった単位でしか行えません。

初期のフラッシュメモリは全体が1ブロックだったのですが、現在のフラッシュメモリは数十キロ~百数十キロバイト単位で1ブロックですので、その単位で消去することができます。

それでも一部のデータを書き換えるためには、ブロック全体を消去して、改めてデータを書き込み直す必要があります。

まぁ、普通にUSBメモリなどのメディアを使う上では全く意識することはありません。

これはメモリコントローラが内部で処理をしている動きですが、この動きを理解していると、使い方によってフラッシュメモリ製品の速度や寿命に違いが出てきます。

フラッシュメモリには寿命がある

浮遊ゲートに電子が出入りする際、トンネル酸化膜を突き破って電子が移動するため、酸化膜が徐々に劣化します。

そして、最終的には電子を保持できなくなってそのセルは寿命に達します。

一般的なNANDフラッシュメモリで、セル単位でおよそ1千~1万回程度の書き込みと消去で寿命が来るそうです。

トンネル絶縁膜が劣化すると、フローティングゲートの外に電子が漏れ出すようになってしまい、正しいデータを維持できなくなります。

何度も書き込みと消去を繰り返したセルは、データを保持できる時間が短くなってきますので、実際のストレージ製品などでは、いろいろな技術を用いてフラッシュメモリの寿命を延ばす工夫が凝らされています。

最後までおつきあい、ありがとうございました。

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