高速かつ低消費電力で書き換え可能なReRAM（抵抗変化型メモリ）と、大容量のNANDフラッシュ・メモリを組み合わせたハイブリッド構造のSSD（solid state drive）アーキテクチャを開発した1）。ReRAMをキャッシュ兼ストレージとして利用しており、ReRAMがNANDフラッシュ・メモリの一部を置き換える。また、ホストから送られてくるデータの属性や履歴によって、書き込むメモリを最適に制御するコントローラ・アルゴリズムを採用している。断片化したデータや書き換えが頻繁に発生するデータをReRAMに記憶することで、NANDフラッシュ・メモリへのアクセスを大幅に抑制することに成功した。
NANDフラッシュ・メモリのみを用いた従来のSSDに比べて、提案するSSDでは書き込み速度が11倍、消費電力が93％減、書き換え寿命が6.9倍に改善する。書き換え寿命を長くできるため、SSDの交換に掛かるコストも低減できる。このような特徴によって、今後ビッグデータの記憶媒体として需要が高まるデータ・センターの低電力化と低コスト化に寄与できると考えている。
背景 NANDの欠点を補う
近年、IT技術の発達により、情報機器が扱うデータ量や消費電力は爆発的に増加している。クラウド・コンピューティングの基幹を成し、日本全体と同程度の電力を消費している世界中のデータ・センターにおいては、高性能化と低電力化が喫緊の課題となっている2）。
クラウド・コンピューティングでは、ゼタ（1021）バイトに及ぶ膨大なデータを扱うため、ストレージ装置の高速化・低電力化が強く求められている3）。現状では、データ・センターのHDDの一部をSSDで置き換えることによって、ストレージ装置の高速・低電力化が可能になると期待されている。
我々はSSDをさらに高速・低電力化、低コスト化する技術として、ReRAMとNANDフラッシュ・メモリを組み合わせたハイブリッド構造のSSDアーキテクチャを提案する4～6）。この技術は、データ・センター向けのストレージ装置に加え、クラウド・コンピューティング端末であるスマートフォンなどにも適用でき、端末の電池駆動時間を改善できると考えている。
提案するSSDは、ReRAM、NANDフラッシュ・メモリ、DRAM、SSDコントローラを、TSV（Si貫通電極）によって3次元接続した構造である（図1）7）。現在のSSDに用いられているNANDフラッシュ・メモリは、単位ビット当たりの書き換え時間が長い、書き換えエネルギーが高い、ページやブロックといった単位でしかデータを管理できないといった欠点がある。これらを補完するために、ReRAMをストレージの一部として用いる。
