目次

序章　本書について

• 本書を書くにあたって
• 本書における「SSD」について
• フラッシュメモリとSSDの歴史
• NAND市場の拡大
• 本書の「立ち位置」
• 2種類のフラッシュメモリ：NAND vs. NOR
• 2種類のNANDフラッシュメモリ
• HDDとSSDの内部構造

-第1部　基本編−

第1章　基本動作原理

• 1.1　SSD内部の基本構成
• 1.2　NANDチップ基本構造
• 1.3　2D（Planar）NAND基本構造
• 1.4　NAND基本構造：Block/Page/記憶素子
• 1.5　NAND基本構造：記憶素子各部の名称
• 1.6　NAND基本動作：Write処理
• 1.7　NAND基本動作：消去処理
• 1.8　NAND基本動作：Read処理
• 1.9　NAND基本動作：Re-write処理（上書き処理）
• 1.10　まとめ：Write/Read/Erase（消去）処理

第2章　多値化や微細化を正しく理解

• 2.1　コストダウン＆容量単価（bit単価）への挑戦
• 2.2　多値化とは
• 2.3　多値化NAND：電子量と数値表現
• 2.4　NAND電子量と正規分布
• 2.5　多値化によるメリット
• 2.6　多値化：複数Page（ページ）化
• 2.7　多値化のデメリット
• 2.8　多値化派生技術：eMLC
• 2.9　微細化（製造プロセス）とは
• 2.10　微細化によるメリット
• 2.11　微細化のデメリット
• 2.12　SSD高速化と「縁もゆかりもないデータの混在」
• 2.13　微細化がNANDのデメリットになる理由
• 2.14　微細化の影響

-第2部　モデル／クラス別SSD編−

第3章　Enterprise SSD vs. Consumer SSD

• 3.1　変遷する「信頼性技術」の搭載範囲
• 3.2　搭載技術について
• 3.3　①RAID（RAID5相当）
• 3.4　②Adaptive Read Management
• 3.5　③Erase/Program voltage management
• 3.6　④pSLC（仕組み）
• 3.7　④pSLC（Write速度）
• 3.8　④pSLC（データ保持性能）
• 3.9　④pSLC（実装の違い）
• 3.10　⑤Error correction
• 3.11　⑦End-to-End Data protection
• 3.12　⑧Power Loss Protection

第4章　SSDのバックアップ処理への利用

• 4.1　SSDをバックアップに使う
• 4.2　バックアップへのSSDの利用
• 4.3　バックアップ用途で速度性能低下を防ぐ方法
• 4.4　質問：最近のテープ装置も高速なのでは？
• 4.5　パーシャルバックアップの必要性は増加する一方
• 4.6　パラドックス回避策としてのSSD

-第3部　速度性能編−

第5章　モデル／クラス別速度性能評価

• 5.1　そのベンチマークは適切か
• 5.2　定常状態（Steady State）とは
• 5.3　速度チューニングの違い
• 5.4　モデル（クラス）別速度性能評価の必要性
• 5.5　Consumer SSD＆定常状態
• 5.6　Consumer SSDで定常状態を考慮しない理由
• 5.7　仮にベンチマークを行うにしても

第6章　Enterprise SSD向け速度評価～定常状態の重要性

• 6.1　Enterprise SSD＆定常状態
• 6.2　定常状態の発生原因と影響要因
• 6.3　速度チューニング
• 6.4　速度性能一貫性と定常状態
• 6.5　速度性能安定性：Spike頻度が多くかつ速度低下が大きいSSD
• 6.6　QoS保証SSD
• 6.7　次章からは

第7章　SNIAベンチマーク規格書

• 7.1　身も蓋もない話とSNIA規格
• 7.2　SNIAとは
• 7.3　SNIA：SSDベンチマークについて
• 7.4　SNIA：SSDベンチマーク仕様書
• 7.5　SSDベンチマーク試験概要

第8章　SNIAベンチマークの限界

• 8.1　SNIAベンチマーク仕様書の考え方
• 8.2　速度性能に影響を及ぼす要因とは
• 8.3　①I/Oサイズのランダム性の影響
• 8.4　②Read/Write混合処理の影響

第9章　Long Tail Latencyの問題

• 9.1　多値化による影響
• 9.2　Long Tail Latencyの問題
• 9.2　LTLの発生要因
• 9.4　LTLとベンチマーク

第10章　Queue DepthとThread

• 10.1　HDDとSSDでのQueue Depth
• 10.2　モデル別Queue Depth＆Thread
• 10.3　ところで、意外に理解されていませんが
• 10.4　HDDとSSDのIOPS性能への影響要因
• 10.5　Queue DepthとIOPS性能の関係

第11章　やってはいけない・ベンチマーク評価

• 11.1　本章について
• 11.2　SSDメーカー営業が喜ぶベンチマーク
• 11.3　①大容量モデルでの実施
• 11.4　②少ない試験対象容量への留意
• 11.5　③出荷時期の異なるSSDでの実施
• 11.6　④ベンチマーク実施環境に注意
• 11.7　⑤速度変化を確認
• 11.8　⑥TRIM/UNMAPコマンド

第12章　ベンチマークソフトの比較と利用

• 12.1　筆者の考える「SSD向けベンチマーク要件」
• 12.2　CrystalDiskMark利用時の注意

-第4部　製品寿命編−

第13章　製品寿命と製品保証への正しい理解

• 13.1　製品寿命不要論
• 13.2　そもそも「SSDの製品寿命」とは
• 13.3　ユーザ要因：アプリケーション特性
• 13.4　寿命評価について

第14章　SSDの内部処理

• 14.1　TBW実力値に影響を及ぼす要因
• 14.2　①Write処理方式の違いとWAF
• 14.3　②ガベージコレクション処理・起動タイミング
• 14.4　③ウェアレベリング（＝平準化処理／書き換え処理）とは
• 14.5　ウェアレベリング効率とデータ信頼性
• 14.6　3つのウェアレベリング
• 14.7　ウェアレベリング不要論

第15章　製品寿命指標

• 15.1　初期の耐久性能表記
• 15.2　製品寿命共通指標としてのTBWの登場
• 15.3　TBWについて
• 15.4　TBWの計算方法
• 15.5　2つのクラス（TBW）
• 15.6　JESD218規格とTBW値の関係
• 15.7　DWPD（Full Drive Write Per Day）
• 15.8　DWPDとTBWの関係式
• 15.9　昨今の「JESD218規格表記」事情

第16章　製品寿命マジック

• 16.1　数字は事実であっても真実ではない!?
• 16.2　アクセス種別とDWPD
• 16.3　データサイズと均一性
• 16.4　データ種別（データ非圧縮性）
• 16.5　本章のまとめ

第17章　SMART情報と製品寿命

• 17.1　SMART情報の使用率と製品寿命の齟齬
• 17.2　メディア摩耗指標（Media Wearout Indicator）
• 17.3　Percentage Usedとは別に
• 17.4　製品寿命消費率と予測の関係
• 17.5　海外論文による「SSD耐久性能試験」
• 17.6　海外評価サイトでの実験例
• 17.7　Read-onlyモード

第18章　余剰領域～クリッピング

• 18.1　製品寿命に寄与する余剰領域
• 18.2　余剰領域の設定効果
• 18.3　余剰領域効果シミュレーション
• 18.4　余剰領域の違いを反映した製品例
• 18.5　クリッピングとは
• 18.6　クリッピング領域と余剰領域
• 18.7　クリッピング方法

第19章　WAF悪化傾向とデータ配置技術

• 19.1　大容量SSD
• 19.2　Page/Blockサイズ巨大化の影響
• 19.3　帯域幅性能向上のための並列処理強化
• 19.4　同時処理強化：複数Blockへの処理
• 19.5　Cluster Block：消去処理単位の増加
• 19.6　Super Page＆Cluster Block：WAFの悪化
• 19.7　WAF良化のためのデータ配置の工夫
• 19.8　10年間に及ぶ「データ配置技術」の進歩
• 19.9　FDP vs.他のデータ配置技術
• 19.10　データ配置：FDP vs. ZNS
• 19.11　特性比較：FDP vs. ZNS
• 19.12　FDPの留意事項
• 19.13　参考：FDP技術の応用（流用）

-第5部　データ保持性能編−

第20章　データ保持性能

• 20.1　視点の異なる信頼性
• 20.2　データ信頼性を脅かすもの
• 20.3　SSDにおけるデータ保持性能劣化
• 20.4　動作ストレス
• 20.5　高温環境での信頼性低下
• 20.6　低温環境での信頼性低下
• 20.7　データ破損の影響範囲

第21章　データ保持"障害"との戦い

• 21.1　電源OFFにて長期保存した「SSDの障害」
• 21.2　Patrol Read＆Auto Refresh機能
• 21.3　搭載前夜：Samsung苦闘の歴史
• 21.4　Patrol Read機能とは
• 21.5　Patrol Read機能の実装
• 21.6　Patrol Read＋リフレッシュ機能
• 21.7　Auto Patrol/Refreshについての留意事項
• 21.8　JEDEC規格とデータ保持性能

-第6部　瞬断対策編−

第22章　瞬断による障害

• 22.1　本書における「瞬断」
• 22.2　HDDにおける「LBAとPBA」
• 22.3　瞬断対策機能 on HDD
• 22.4　SSDにおける「LBAとPBA」
• 22.5　マッピング情報と瞬断
• 22.6　ここまでの整理
• 22.7　瞬断時の各種発生障害
• 22.8　NANDレベルでの瞬断障害

第23章　SSDの瞬断対策～備えあれば憂いなし

• 23.1　Power Loss Protection
• 23.2　PLP機能詳細
• 23.3　Power Loss Protection用語への注意
• 23.4　PLP機能実装の違い
• 23.5　コンデンサーとSSD 形状
• 23.6　Portable SSDの瞬断障害
• 23.7　Portable SSDの正しい使い方
• 23.8　予期せぬ瞬断は「思わぬ理由で起きる」

第24章　USBメモリの瞬断対策

• 24.1　リムーバブルメディアとしてのUSBメモリ
• 24.2　②Write処理のタイミング
• 24.3　③静的ウェアレベリング非搭載
• 24.4　④極小マッピング情報
• 24.5　⑤ガベージコレクション起動タイミングの制限
• 24.6　ところで、誤解しないで
• 24.7　NAND品質：2つ存在するNANDチップ
• 24.8　製造工程による「センター品・非センター品」
• 24.9　CMU論文に見る「ダウングレード品」
• 24.10　NANDにおける「ダウングレード品」
• 24.11　誤り訂正符号
• 24.12　電子リーク、Read/Write disturb状態管理機能
• 24.13　Adaptive Read Management
• 24.14　USBメモリ vs. SSD（搭載技術等比較）

-第7部　経年低下編−

第25章　速度性能低下

• 25.1　経年低下とは
• 25.2　Write速度低下
• 25.3　経年Write低下

第26章　Command Timeoutと障害

• 26.1　Command TimeoutによるSSD障害
• 26.2　レイテンシーの悪化によるCommand Timeout
• 26.3　Command TimeoutとSSD
• 26.4　SSD障害事例
• 26.5　RAIDアルゴリズムの参考資料

-第8部　HDD非互換編−

第27章　NVMeインターフェイス

• 27.1　本章で扱うNVMe規格のバージョン
• 27.2　HDD互換製品から本格脱皮
• 27.3　インターフェイス規格（NVMe）
• 27.4　なぜNVMe（NVM Express）?
• 27.5　NVMe SSDの真価
• 27.6　I/O負荷＝Thread数×Queue Depth数
• 27.7　NVMeアーキテクチャと拡張性
• 27.8　NVMe SSDの優れたところ
• 27.9　NVMe SSDの真価を生かすのは
• 27.10　シングルキュー対応の仕組みと問題点
• 27.11　マルチキュー対応I/O Schedulerの登場

第28章　EDSFF

• 28.1　EDSFF規格の登場
• 28.2　EDSFF規格策定経緯と問題点
• 28.3　それでも、EDSFFが必要な理由
• 28.4　E1.S（Enterprise and Datacenter 1U Short SSD Form Factor）
• 28.5　E1.L（Enterprise and Datacenter 1U Long SSD Form Factor）
• 28.6　E3（Enterprise and Datacenter SSD 3inch Form Factor）
• 28.7　E2（Enterprise and Datacenter Device Form Factor）
• 28.8　コネクター規格
• 28.9　高速インターフェイスのための接続方式変更
• 28.10　表面積拡大による冷却効果向上

-第9部　3D NAND移行編−

第29章　2D NANDから3D NANDへ

• 29.1　3D NANDへの移行の歴史
• 29.2　①微細化限界：当初の微細化技術予測
• 29.3　①微細化限界：微細化技術の現実
• 29.4　①微細化限界：微細化技術の限界到達
• 29.5　①微細化限界：微細化技術の終焉
• 29.6　②Charge Trap Flash Memory
• 29.7　②Charge Trap（電荷トラップ）とは
• 29.8　②浮遊ゲート方式 vs.電荷トラップ方式
• 29.9　3種類の半導体
• 29.10　n型半導体
• 29.11　p型半導体
• 29.12　電荷トラップ型3D NANDの電荷蓄積
• 29.13　③SamsungによるCT方式2D NAND
• 29.14　④3D構造：3D MOS-FETの発表
• 29.15　⑤CT方式3D NAND発表
• 29.16　2D NANDから3D NANDへの変遷
• 29.17　3D NANDについて
• 29.18　本書の模式図についての補足

第30章　Kioxia vs. Samsung構造比較

• 30.1　構造の違いによる特性を考察
• 30.2　CT構造の違い
• 30.3　初期Kioxia型 vs. Samsung型特性比較
• 30.4　Kioxia型 vs. Samsung型製造プロセス違い
• 30.5　Kioxia：制御ゲートの変更
• 30.6　CT層の違い
• 30.7　Kioxia型CT層について
• 30.8　Samsung型NANDの薄層化
• 30.9　Samsung薄層化技術の今後

第31章　CT方式のメリット＆デメリット

• 31.1　CT方式3D NANDに対するメリット
• 31.2　書き換え可能回数
• 31.3　論文による書き換え可能回数の指摘
• 31.4　CT方式3D NANDに対するデメリット
• 31.5　製造品質維持の問題
• 31.6　①層間特性変動
• 31.7　①層間特性変動（データ保持能力）
• 31.8　①層間特性変動（書き換え可能回数差）
• 31.9　②初期データ保持損失
• 31.10　③保持干渉
• 31.11　④熱干渉
• 31.12　本章で参考・転載した「その他の論文」一覧

-第10部　多層化の真実編−

第32章　スタック技術の登場

• 32.1　3D NAND層数増加の困難さ
• 32.2　層数増加のための薄層化
• 32.3　闇雲な多層化（高層化）の問題
• 32.4　多層化競争のいま
• 32.5　いまさらですが層数とは何か？
• 32.6　層数を重ねている記憶層
• 32.7　スタック（Stack；積層）とは
• 32.8　マルチ・スタック技術
• 32.9　Kioxiaとマルチ・スタック技術
• 32.10　マルチ・スタック型多層化の問題
• 32.11　階段構造の制限
• 32.12　階段（ステップ）構造への工夫
• 32.13　製造コスト

第33章　速度低下の問題

• 33.1　NANDチップ内のRead/Write処理
• 33.2　記憶素子増加に伴うWrite処理低下
• 33.3　多値化に伴うWrite速度低下
• 33.4　3D NANDチップ内のRead/Write処理
• 33.5　多層化による速度低下
• 33.6　チップ容量増加による速度低下
• 33.7　速度低下対策：Plane数増加
• 33.8　速度低下対策：並列処理強化
• 33.9　並列処理による帯域幅強化
• 33.10　速度低下対策の本命：アーキテクチャ変更
• 33.11　アーキテクチャ変更の将来

第34章　信頼性能への影響

• 34.1　多層化過多が及ぼす影響
• 34.2　①ブロックサイズ巨大化によるWAFの悪化
• 34.3　②印加電圧の低下
• 34.4　③製造個体差品質の拡大

-第11部　耐熱環境編−

第35章　半導体とNAND

• 35.1　電子機器全般に対する「高温・低温」問題
• 35.2　電子機器全般に対する「高湿度」問題
• 35.3　高温環境下で「劣化」は加速・蓄積する
• 35.4　高温環境のNANDへの影響
• 35.5　SSDの自己発熱
• 35.6　自己発熱対策としてのエアーフロー
• 35.7　Thermal throttling機能とは
• 35.8　Thermal throttling機能実装例

第36章　高温環境で発生する問題

• 36.1　障害現象が加速する要因
• 36.2　Z-Interference（Z軸干渉）
• 36.3　Cross-temperature effectとは
• 36.4　Cross-temperature effectの原因