フラッシュストレージ：チートシート - TechRepublic

フラッシュメモリは、電気的に消去および再プログラム可能な不揮発性電子データ記憶媒体です。様々な用途、フォームファクタ、速度や性能要件に対応する様々なストレージ製品の基盤となっています。フラッシュメモリは現代のコンシューマーテクノロジーの基盤であり、デジタルカメラで撮影した写真の保存に使用され、スマートフォン、タブレット、ゲーム機、そしてコンピューターで使用されるソリッドステートドライブ（SSD）にも搭載されています。

TechRepublicのフラッシュストレージ チートシートは、このトピックについて知っておくべき重要な情報を概説しています。この記事は、新しいフォーマットやフラッシュ以降のテクノロジーが導入されるたびに更新されます。また、「フラッシュストレージ：チートシート」（無料PDF）もダウンロード可能です。

参照: TechRepublic のすべてのチートシートと賢い人向けガイド

フラッシュストレージとは何ですか?

フラッシュメモリは、1980年頃に東芝に勤務していた舛岡富士雄氏によって開発された電子的なソリッドステートストレージメディアです。舛岡氏は1987年に初めてこの発明を公に実証し、1988年にはインテルが最初の商用フラッシュチップを製造しました。

舛岡氏の発明は、NORフラッシュとNANDフラッシュという2種類の関連する不揮発性メモリを網羅しています。NORフラッシュは書き込みや消去に時間がかかりますが、バイトレベルのランダムアクセスが可能であるため、読み取り専用メモリ（ROM）チップの代替として適しています。NANDフラッシュは書き込みと消去が高速で、より高密度なストレージ機能を備えています。NANDフラッシュはブロックレベルで書き込みと読み取りが行われるため、バイトレベルのアクセスを必要とする組み込み用途には適していません。

一般的に、NORフラッシュは、コンピューターや組み込み電子機器のファームウェアなど、ミッションクリティカルなアプリケーションや組み込み用途に限定されています。フラッシュメモリカードやソリッドステートドライブ（SSD）は、大容量ストレージとしてNANDフラッシュを使用しています。

参照:フラッシュストレージ: IT プロフェッショナル向けガイド(TechRepublic Premium)

フラッシュストレージの欠点は何ですか?

フラッシュストレージの寿命は、ブロックの消去と書き換え回数という点で有限です。NANDフラッシュメモリは、マルチレベルセル技術の採用により高密度化が進むにつれて、この寿命は大幅に短くなっています。

例えば、SLC NANDは比較的容量が低いものの、ブロックあたり約10万回の書き込み/消去に耐えることができます。MLC NAND（2ビット）は、大容量アプリケーションで1,000～3,000サイクル、中容量アプリケーションで5,000～10,000サイクルの書き込み/消去サイクルを提供します。一方、TLC NAND（3ビット）は約1,000サイクルです。

3D NAND はより高い書き込み/消去サイクルを提供し、3D MLC NAND は 6,000 ～ 40,000 サイクル、3D TLC NAND は 1,000 ～ 3,000 サイクル、3D QLC NAND (4 ビット) は 100 ～ 1,000 サイクルと評価されています。

メーカーはSSDの寿命を「総書き込みバイト数」（TBW）で測定します。3D QLC NANDを採用した2TBのIntel 660p SSDの容量は400TBです。一方、3D TLC NANDを採用した2TBのIntel 760p SSDの容量は1152TBです。

実際には、ブロックを読み取る回数に制限はありません。

フラッシュ ストレージとソリッド ステート ドライブ (SSD) の違いは何ですか?

SSDは大容量ストレージにNANDフラッシュ技術を採用していますが、SSDで使用されるコンポーネントはこれだけではありません。通常、SSDはディスクコントローラ、DRAMキャッシュ、NANDフラッシュで構成されています。ディスクコントローラは、フラッシュセルの摩耗レベルの不均一化を防ぎ、ドライブの寿命を延ばすなど、NANDの効率的な使用を管理するために使用されます。

追加リソース

• データセンター用語集：知っておくべき12の用語（TechRepublic）

どのようなポータブル フラッシュ ストレージ フォーム ファクターがありますか?

フラッシュストレージカードには、カードが使用される様々なデバイスに対応するために、様々なフォームファクタが存在します。現在、コンシューマーレベルのデバイスのほとんどはセキュアデジタル（SD）を中心としていますが、プロシューマーやプロフェッショナル向けのデバイスでは、SDが容易に提供できる速度よりも高い速度が求められます。

セキュアデジタル（SD）

セキュア デジタル (SD) は業界標準のフラッシュ メモリ カードです。1999 年に導入され、導入以来、ほぼすべてのカテゴリの民生用電子機器で使用されています。

オリジナルのフォーマットであるSecure Digital Standard Capacity (SDSC)は、名目上2GBに制限されていました。2006年には、最大32GBのカードに対応するSecure Digital High Capacity (SDHC)フォーマットが導入されました。2009年には、最大2TBのカードに対応するSecure Digital eXtended Capacity (SDXC)フォーマットが導入されました。2018年6月には、2TBを超えるカードに対応するSecure Digital Ultra Capacity (SDUC)フォーマットが導入され、仕様上は最大128TBのカードがサポートされています。

現在、市販されている最大の SD カードは 1 TB です。

SDカードをサポートするデバイスは、基本的に下位互換性がありますが、上位互換性は限定的です。SDHCのみのサポートを謳うデバイスでも、コンピューターを使用してFAT32ファイルシステムに再フォーマットすることで、より大容量のSDXCカードを使用できる場合が多くあります。SDXCまたはSDHCのロゴを付けて販売されるデバイスは、特許で保護されているexFATファイルシステムをサポートしている必要があります。

家電製品の小型化に対応するため、SDカードの小型版が開発されました。miniSD規格は2003年に導入されましたが、サポートは限定的であり、約5年後に廃止されました。

microSD（旧称 TransFlash）は 2005 年に導入されました。microSD カードは、Android スマートフォンやタブレット、Nintendo Switch などのゲーム システム、Raspberry Pi などのシングル ボード コンピューター (SBC) によく使用されています。microSD カードは、パッシブ アダプターを使用することで、miniSD またはフルサイズ SD カードのみをサポートするレガシー デバイスでも使用できます。

コンパクトフラッシュ（CF）

コンパクトフラッシュは1994年に導入され、68ピンPCMCIA規格の50ピンサブセットとして設計されました。規格自体は古いにもかかわらず、キヤノンやニコンのプロ用デジタル一眼レフカメラで今でも使用されています。

現在利用可能な最大容量は 512 GB です。

信号伝送の点では、CompactFlashはATAハードディスクに似ています。IBM Microdriveはこの点を活用し、CompactFlashインターフェース上に最大8GBの容量を持つ小型ハードディスクを実装しました。Microdriveや類似の競合製品は、すでに製造中止となっています。

CFexpress

2016年9月に発表されたCFexpressは、CompactFlashの後継規格です。プロ仕様のカメラにのみ採用されています。CFexpressはPCI Express 3.0インターフェースをベースとし、NVM Expressを活用することで低レイテンシと低処理オーバーヘッドを実現しています。1TBのCFexpressカードはCES 2019でプレビューされ、今年中に販売開始される予定です。

仕様バージョン 1.0 では、CFexpress カードに PCIe 3.0 x2 接続が提供され、最大速度は 1.96 GB/秒になります。

仕様では様々なフォームファクターが許容されていますが、CFexpressカードはソニー、ニコン、サンディスクによって開発されたXQDフォームファクターを継承しています。ただし、サンディスクはXQDカードの実際の製造を断念しました。IPライセンスの制約により、ソニー以外が製造したXQDカードは制限され、結果として普及が制限されていました。ソニーはCFexpressカードの製造を約束しており、CFexpressに関する業界のコンセンサスを形成しています。

ユニバーサルフラッシュストレージ（UFS）カード

UFSカード規格は2016年3月に発表され、microSDカードの代替として開発されました。この規格は2018年1月に更新されましたが、UFSカードは市販されておらず、2019年3月現在、このフォーマットとの相互運用性をサポートするデバイスは販売されていません。

USBフラッシュドライブ

USBフラッシュドライブには、様々な類似製品があります。低価格帯のドライブには、ウェアレベリングとUSB接続のためのシンプルなコントローラが搭載されているのが一般的です。一方、高価格帯のUSBフラッシュドライブには、書き込みキャッシュ用のDRAMが搭載されています。これらのドライブは一般的に「ガムスティック」型で、USBポートがドライブ本体に取り付けられているため、一般的にUSBスティックと呼ばれています。

初期のUSBフラッシュドライブには通常、書き込み禁止スイッチが搭載されていました。この機能は特殊な市場に限定されていますが、Kanguruなどのメーカーは書き込み禁止スイッチ付きのUSB 3.0フラッシュドライブを製造しています。

Samsung T5 SSDなど、より大容量のドライブも存在しますが、コンピューターへの接続には外付けケーブルが必要です。Samsung T5 SSDは、技術的にはUSB接続のポータブルSSDで、mSATA SSDとSATA-USB3ブリッジを頑丈な筐体に収めています。

レガシーフォームファクター

スマートメディアカードは、1995年に東芝が発売した規格で、デジタルカメラ、そしてPDAやMP3プレーヤーにも使用されていました。最大のスマートメディアカードは128MBで、（旧式の）5Vタイプと（新式の）3.3Vタイプが製造されていました。デジタルカメラ業界は2003年にスマートメディアから移行しました。

xD ピクチャー カードは、2002 年から 2009 年まで、富士フイルムとオリンパスのデジタル カメラで 16 MB から 2 GB の容量で使用されていました。xD カードと SmartMedia カードは、機能的にはディスク コントローラのない生の NAND フラッシュ チップです。

メモリースティックは、ソニーが1998年に開発したフラッシュメモリフォーマットです。他社にもライセンス供与されていましたが、1998年から2012年までは主にソニーの電子機器で使用されていました。メモリースティック製品の大部分はソニーが製造していましたが、サンディスクとレキサーもこのフォーマットを製造していました。メモリースティックのフォームファクタは7種類あり、容量は128MBから32GBまででした。PlayStation Vitaはソニー独自のメモリースティックフォームファクタを採用し、ソニーのみが製造していました。PlayStation Vitaは2019年3月に販売終了となりました。

追加リソース

• macOS用の起動可能なUSBインストーラドライブを作成する方法（TechRepublic）
• 複数の Linux ディストリビューションで起動可能な USB ドライブを作成する方法 (TechRepublic)
• GNOME Disks で USB フラッシュドライブを暗号化する方法 (TechRepublic)
• USBドライブを捨てる前にデータを消去する方法（TechRepublic）

どのようなソリッド ステート ドライブ (SSD) フォーム ファクターがありますか?

従来のプラッター ハード ドライブでは、データの読み取りと書き込みにアクチュエータを使用してプラッター上でドライブ ヘッドを移動させる必要がありますが、NAND フラッシュ ストレージには可動部品がないため、これらはソリッド ステート ドライブになります。

ノートパソコン、デスクトップ、サーバーで使用されるソリッド ステート ドライブは、もともと従来のハード ドライブの代替品として設計されました。その結果、初期の SSD は、既存の標準で動作するようにある程度無理やり押し込まれていました。

2.5インチSATAドライブ

初期の消費者向けソリッドステートドライブは、主に2.5インチディスクドライブの形をとっており、これは小型フォームファクター（SFF）PCやノートパソコンで使用されているのと同じフォームファクターで、SATA経由で接続されていました。SATAとAHCIの制限により、SATA接続のドライブが達成できる最大速度は約550MB/秒でした。

初期の2.5インチドライブは、通常、内部の2.5インチスペース全体を占め、従来のドライブの標準的な9.5mmの高さを採用していました。Crucial MX500などの新しいSATAドライブは、内部の2.5インチスペースの一部のみを使用し、7mmの筐体を備えています。さらに、2.5mmのスペースを必要とするデバイス（通常はノートパソコン）で使用するためのスペーサーが付属しています。

3.5インチフォームファクターのSSDは非常に希少です。2010年に発売されたOCZ Colossus LTは、その追加スペースを利用して1TBの容量を実現しましたが、価格は4,000ドルと高額でした。Nimbus Data 100TB ExaDriveのような新しい3.5インチSSDは、エンタープライズアプリケーション専用に設計されています。

mSATA

ノートパソコンやSFF PCは、30 x 50.95 mmのパッケージで2.5インチSATAドライブと同じ信号を提供するmSATAカードをサポートするように設計されることがよくありました。しかし、2015年にはコンピューターメーカーの多くがこのフォーマットを放棄し、M.2ドライブを採用しました。

Samsung は、このフォーム ファクター向けにリリースされた最後の Samsung SSD である 860 EVO (最大 1 TB の容量) で、2018 年初頭までこのフォーマットのサポートを継続しました。

M.2

M.2（旧称：次世代フォームファクタ（NGFF））は、高性能SSDだけでなく、Wi-FiやBluetoothネットワークカード、WWAN（4G LTE、5Gモデム）などの周辺機器にも使用される汎用性の高いフォームファクタです。M.2 SSDは、従来のSATA接続、またはAHCIまたはNVMe対応のPCI Express接続に対応しています。

M.2 SSDは幅22mmで、長さは30mm、42mm、60mm、80mm、110mmから選択できます。42mmと80mmが最も一般的です。サイズは通常、M.2-WWLLという形式で表されます（例：M.2-2280）。

M.2はSSDの業界標準となりつつあり、ノートパソコンやSFF PCで広く使用されています。デスクトップPCの場合、エンスージアスト向けPCマザーボードには通常、1つ以上のM.2 PCIe x4スロットが搭載されています。

現在、最大容量のM.2-2280 SSDは2TBです。

NGSFF (旧称 NF1) は、Samsung が考案した M.2 のホットスワップ可能なバージョンであり、実行中のシステムで SSD を交換する必要があるデータ センターを対象としています。

U.2

U.2（旧称SFF-8639）は、技術的にはインターフェースであり、SATAドライブと同じ物理フォームファクターでM.2のPCIe x4レーンを提供します。理論的には、このインターフェースを3.5インチドライブにも使用可能です。

PCI Expressドライブ

マザーボードのPCIeスロットに直接接続するSSDも存在しますが、このフォーマットは廃れてしまいました。2010年後半には、主流のコンシューマー向けSSDはSATAの比較的限られたスループットによってボトルネックとなり、初期のPCI Expressドライブが開発されました。これらのドライブはNVMeではなくAHCIを採用しており、潜在的な読み書き速度は向上しますが、ランダムI/Oの点では目立ったパフォーマンス向上は見られませんでした。

参照: 災害復旧と事業継続計画 (TechRepublic Premium)

エンタープライズ向けのPCI Expressドライブとしては、Intel SSD DC P3608などが存在しますが、このドライブは既に製造中止となっています。Intelは2015年中期のSSD 750シリーズをPCI Expressカードとして引き続き提供していますが、新しいM.2オプションよりも速度は遅いです。

ドライブ1台分であれば、PCI ExpressからM.2へのアダプタボードが容易に入手可能です。電気信号に関しては、M.2はPCIe x4接続をフルに提供するため、変換は実質的にパッシブであり、アダプタの使用によるパフォーマンスの低下は発生しません。一部のメーカーは、これらのアダプタをSSDに同梱しており、わずかな追加料金で提供している場合もあります。PCIeからM.2へのアダプタはメーカーに依存しないため、市販のアダプタをあらゆるPCIe M.2ドライブに使用できます。

ディスクオンモジュール（DOM）

DOM SSDは、従来の機器で使用されていたパラレルATA（PATA）ディスクの代替として設計されています。PATA HDDの生産は10年以上前に終了しており、これらのディスクを継続的に使用するとデータ損失の危険性が高まります。DOM SSDはPATAポートに直接接続できるため、空気の流れを妨げるIDEケーブルを外すことができます。

追加リソース

• ウエスタンデジタル、クラウドおよびエッジワークロード向けNVMe SSDポートフォリオを拡張 (ZDNet)
• CES 2019: 東芝、組み込み・OEM設計向け1TB M.2 2230 PCIe SSDを発表 (TechRepublic)
• LinuxでSSDの状態を確認する方法（TechRepublic）
• レガシーシステムを稼働させ続けるための8つの戦略（TechRepublic）

フラッシュ ストレージ カードまたは SSD が自分のユースケースに十分な速度であるかどうかをどのように判断すればよいですか?

フラッシュ メモリ カードごとに異なる規格と速度クラスが存在しますが、さまざまな使用ケースに対する異なる評価システムの数が混乱を招く可能性があります。

SDカードのバスインターフェース規格

バスインターフェース規格は、SDカードとホストデバイスとの接続方法を規定し、潜在的な最大パフォーマンスを示しますが、個々のカードの性能を示すものではありません。UHS（Ultra High Speed）クラスの導入以前は、SDカードの転送速度は12.5MB/秒または25MB/秒に制限されていましたが、その違いを示す標準化された表示は存在しません。

• UHS-I は、半二重モードまたは全二重モードで 50 MB/秒、半二重モードで 104 MB/秒を提供します。
• UHS-II は、全二重モードで 156 MB/秒、半二重モードで 312 MB/秒を提供します。
• UHS-IIIは、全二重モードで312 MB/秒または624 MB/秒の速度を提供します。半二重モードはありません。

SD Express (SD-Express I とも表記) は、NVMe をサポートし、PCIe 3.0 x1 レーンとして 985 MB/秒を提供します。

仕様により、UHS カードと SD Express カードは下位互換性が必要ですが、可能な最大速度はホスト デバイスの定格によって決まります。

SDカードのスピードクラスの評価

SDカードには、様々な用途に応じた規格が重複したり矛盾したりしているため、SDカードを選ぶ際に混乱が生じることがよくあります。ここでは、各スピードクラスの実際の意味について説明します。

通常、4Kビデオ撮影には少なくともV6規格のカードが必要で、8Kビデオ撮影にはV30規格のカードが必要です。要件はデバイスによって異なります。

アプリケーション パフォーマンス クラスは、スマートフォンからアプリを実行するための標準を提供することを目的として、主に IOPS を測定します。

SSDの速度評価

DRAMキャッシュの使用により、SSD、特にSATA SSDは、接続されているバスの利用可能な帯域幅を飽和させる可能性があります。これらの速度定格は、シーケンシャルリード/ライトにのみ有効です。以下のセクションで説明する他の要因が、SSDのバルク操作の処理方法に影響を与えるためです。

追加リソース

• サムスン：当社の新しい超高速フラッシュメモリはスマートフォンのストレージ速度を2倍にします（ZDNet）
• Samsung Portable SSD X5: 世界初のNVMeベースのポータブルSSD (ZDNet)
• Apricorn Aegis Fortress L3ポータブルストレージドライブ：より頑丈、より高速、より安全（ZDNet）
• Androidユーザーの皆様へ：microSD ExpressでSSD並みの超高速を実現しましょう（ZDNet）

デバイスに最適なフラッシュ ストレージを選択するにはどうすればよいですか?

これはある程度主観的なものです。スマートフォンでFLACエンコードされた音楽コレクションを持ち歩きたい場合、書き込み速度は遅いものの容量の大きいカードで十分でしょう。フラッシュカードに保存されたアプリケーションを実行したり、Nintendo Switchのようなゲーム機で使用したりする場合は、理論上はA2規格のカードの方がパフォーマンスが高いでしょう。

正規のブランド品を購入することが重要です。SDカードの場合、評判の悪い販売業者が販売する偽ブランド品や模造品は、容量表示が誤っていることがあります。つまり、128GBと謳っているカードでも、実際には16GBしか保存できない可能性があります。デバイスは16GBの容量を超えて書き込みを行う可能性がありますが、その場合、新しく書き込まれたデータは失われるか、既存のデータが上書きされます。

SSDの場合、タスクに必要な書き込み回数を考慮してください。QLC SSDはストレージ容量が大きいですが、書き込み回数には制限があります。PCIe SSDは常にSATA SSDよりもパフォーマンスが優れています。デスクトップPCの場合、PCIe接続が利用可能な場合は、SSDには必ずM.2またはM.2-PCIeブリッ​​ジを使用してください。ノートパソコンの場合、M.2対応デバイスは通常、M.2ドライブが内蔵されているため、アップグレードの選択肢が限られます。

従来のプラッターベースのハードディスクドライブと同等のストレージ容量のSSDを購入することは可能ですが、ギガバイトあたりのコストは大幅に高くなります。現在、15.36TBのSeagate Nytro SSDは6,000ドル以上、14TBのSeagate IronWolf Proは570ドルです。この影響は、エンタープライズストレージアレイを構築する場合に顕著になります。多くのユースケースでは、オールフラッシュアレイはコストの観点から非効率的ですが、階層型ストレージソリューションは不要な複雑さを増す可能性があります。

追加リソース

• HDD 工場の閉鎖により、ソリッド ステートへの移行が必要になる理由 (TechRepublic)
• NVMe: チートシート (TechRepublic)
• 電子機器探知犬：K9犬がハイテク犯罪解決の秘密兵器として活躍する経緯（無料PDFダウンロード）（TechRepublic）
• ディスク消去とデータフォレンジック：神話と科学を分ける（TechRepublic）