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第2回 ReRAM搭載SSD

性能11倍、電力93%減へ

竹内 健、宮地 幸祐=中央大学 理工学部 電気電子情報通信工学科
2013/05/28 00:00
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出典:日経エレクトロニクス、2012年8月6日号 、pp.63-65 (記事は執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります)

 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。

図1 ReRAMとNANDフラッシュ・メモリを組み合わせたハイブリッドSSD
TSVによって各種メモリとコントローラを3次元積層することを想定している。
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