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第4回 ReRAM搭載SSD――評価結果

寿命を7倍に改善

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
2013/05/30 00:00
出典:日経エレクトロニクス、2012年8月6日号 、pp.68-71 (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)
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 ハイブリッドSSDの性能、電力、書き換え頻度を検証するため、TLM(transaction level modeling)ベースのハードウエア・エミュレータを開発した。従来のシステム開発では、ReRAMの実デバイスが出来上がってから開発を行う必要があった。一方、我々はメモリやコントローラなどをSystem Cでモデル化しており、ReRAMという新しいデバイスが開発途上であっても、システムレベルの性能等を先行して評価できる。

 以下では、提案するハイブリッドSSDと従来のNANDフラッシュ・メモリのみを使用したSSDの性能、電力、書き換え回数の比較を行う。ここで、NANDフラッシュ・メモリは多値のMLC(multi-level cell)品を仮定している。

性能11倍、電力93%減

 まず、メモリの使用状況を可視化すると、今回提案したハイブリッドSSDではMLC NANDフラッシュ・メモリのデータ断片化が抑制されていることが分かる(図10)。三つのコントローラ・アルゴリズムによって、小さくかつ頻繁にアクセスされるデータをReRAMに書き込んだ結果といえる。

図10 データの断片化を抑制
緑が有効なデータ領域(ページ)である。従来のNANDフラッシュのみを用いたSSDでは、データがNANDフラッシュの全領域にわたって分散して記憶され、データの断片化が起こっている。ReRAMを組み合わせた今回のSSDではNANDフラッシュ・メモリの断片化が抑制されている。
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 書き込み性能について検討した結果が図11である。従来のSSDに比べて書き込み性能が11倍に向上した。なお、ReRAMの代わりに1ビット記憶のSLC(single level cell)NANDフラッシュ・メモリを使用したSSDについても評価を加えている。SLC NANDフラッシュ・メモリは現在主流のMLC NANDフラッシュ・メモリに比べて、容量は半分だが、高速でかつ書き換え寿命が長い。しかし、SLC NANDフラッシュ・メモリではSSDの書き込み性能はほとんど改善しなかった。これは、SLC NANDフラッシュ・メモリに小さなデータを書き込むと、SLC自体が断片化してしまうからである。この結果から高速のReRAMを用いることの重要性が分かる。

図11 書き込み性能を11倍に向上
ReRAMを用いることで書き込み性能を11倍に改善できた。なお、ReRAMの代わりにSLC NANDフラッシュを用いた場合は書き込み性能がほとんど改善されない。
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