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