【なぜ？】SSDは電気信号なのに寿命がある？知っておきたい「NANDフラッシュメモリ」の秘密

SSDは、HDDのような物理的な駆動部分がないため、「電気信号でデータを扱っているから、壊れるわけがないのでは？」と疑問に感じる方もいらっしゃるかもしれません。しかし、残念ながらSSDにも寿命は存在します。

今回は、なぜSSDが電気信号を扱っているにも関わらず寿命があるのか、その核心に迫る「NANDフラッシュメモリ」の仕組みと、寿命のメカニズムを詳しく解説していきます。

SSDの心臓部とも言えるのが、「NANDフラッシュメモリ」と呼ばれる半導体メモリです。これは、USBメモリやSDカードなどにも使われている、電源を切ってもデータが保持される「不揮発性メモリ」の一種です。

NANDフラッシュメモリは、非常に小さな「セル」と呼ばれる単位にデータを記録します。このセルに、電気的に電子を閉じ込めることで、「0」か「1」かのデータを表現するのです。

SSDの寿命の鍵を握るのは、このNANDフラッシュメモリへの「書き込み」処理にあります。

データを書き込む際、NANDフラッシュメモリは以下のようなプロセスを経ます。

電子の注入（書き込み）: メモリセルの中にある「フローティングゲート」と呼ばれる部分に、高い電圧をかけることで電子を注入します。この電子の有無や量によって、データの「0」や「1」が表現されます。
電子の排出（消去）: データを書き換える（消去する）際には、フローティングゲートから電子を排出する必要があります。この際も、高い電圧をかけて電子を引き抜きます。

問題は、この「電子の注入・排出」というプロセスです。

メモリセルは、電子を閉じ込めるための非常に薄い絶縁膜で覆われています。データを書き込む（電子を注入する）たびに、この絶縁膜はわずかながら劣化していきます。例えるなら、ゴム風船を繰り返し膨らませたりしぼませたりすると、徐々に劣化して穴が開いてしまうのと同じイメージです。

この絶縁膜の劣化が進むと、電子が漏れやすくなったり、電子を正確に注入・排出できなくなったりします。最終的には、データの保持能力が低下し、正しいデータを読み書きできなくなってしまうのです。

この「書き込みと消去の回数」を指すのが、「P/Eサイクル (Program/Erase Cycle)」です。NANDフラッシュメモリには、このP/Eサイクルに上限が定められています。

最近のSSDの主流はTLCやQLCですが、1つのセルに多くのビットを詰め込むほど、電圧の識別が難しくなり、絶縁膜への負担も大きくなるため、P/Eサイクル（書き込み寿命）が短くなる傾向にあります。

しかし、SSDメーカーもこの寿命の問題をただ見ているわけではありません。SSDには「コントローラー」と呼ばれる賢いチップが搭載されており、様々な技術で寿命を延ばしています。

その代表的な技術が「ウェアレベリング (Wear Leveling)」です。

SSDへのデータの書き込みは、常に同じ場所に集中するわけではありません。しかし、もし書き込みが特定のセルにばかり集中してしまうと、そのセルだけが早く劣化してしまい、SSD全体の寿命が縮まってしまいます。

ウェアレベリングは、コントローラーがSSD内のすべてのメモリセルに対して、書き込み回数が均等になるように制御する機能です。書き込み回数が少ないセルに優先的にデータを書き込むことで、特定のセルだけが早く寿命を迎えるのを防ぎ、SSD全体の寿命を最大限に引き延ばす役割を担っています。

このウェアレベリングのおかげで、私たちの日常生活におけるデータの書き込みパターンでは、NANDフラッシュメモリのP/Eサイクルに達する前に、SSDが故障することは稀になっています。

SSDが電気信号を扱うからこそ、その寿命は「NANDフラッシュメモリの絶縁膜の劣化」という非常にデリケートな問題に起因します。データの書き込み・消去を繰り返すことで、この膜が少しずつダメージを受け、最終的にはデータの保持能力が失われてしまいます。

しかし、SSDメーカーは高性能なコントローラーとウェアレベリングなどの技術を駆使し、この寿命を最大限に延ばす努力をしています。

普段使いでSSDの寿命を過度に心配する必要はありませんが、この仕組みを理解しておくことで、よりSSDを大切に使い、賢く運用することができるでしょう。