フラッシュメモリ

フラッシュメモリ

'''フラッシュメモリ'''（flash memory）は、書き換え可能であり、電源を切ってもデータが消えない不揮発性の半導体メモリ。フラッシュEEPROMまたはフラッシュROMとも言う。

EEPROMの一種であるが、従来のEEPROMと違って1バイト単位の書き換えは出来ず、あらかじめブロック単位で消去してから書き込みを行う。

一般にはROMに分類されるが、ROMでもRAMでもない存在として別に分類されている場合もある。

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種別

記憶セルを接続する構造により'''NAND型フラッシュメモリ'''と'''NOR型フラッシュメモリ'''などに分けられ、ともに舛岡富士雄が東芝在籍時に発明した。その後インテルの開発により、NOR型が先行して市場に広がった。NAND型は、高集積化に向いていて、書き込みが高速な利点があるが、1バイト単位の読み出しはできず、ランダムアクセスによる読み出しが低速である欠点を持つ。NOR型は、1バイト単位の読み出しが可能で、高速にアクセス出来る利点があるが、書き込みは低速で、且つメモリセルの構造上、高集積化がNAND型に比べて向いていない。どちらの型も、数キロバイトから数十キロバイトのブロック単位でしか消去・書き込みは出来ない。

NOR型は、マイコン応用機器のシステムメモリに適しており、従来から使用されていたROMを置き換える存在となった。ROMの交換で行われていたファームウェアの更新も、製品の筐体を開けることなく容易に行えるようになっている。NAND型は、データストレージ用に適しており、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルオーディオプレーヤーなどの記憶媒体として広く普及しており、それによって価格も低下している。次のエントリ[ 特性 ]

特性

初期のフラッシュメモリは、1セルあたりのビット数が1ビットであった為、大容量化するとダイのサイズが大きくなり、歩留まりも低下した。そこで1セルあたりのビット数を増やす為、フローティングゲートに入れる電子の数を制御し、また読み出し時には「ゲートに入った電荷に依存してゲート下へ電流を流すための電圧が変わる（Vthが変わる）現象」を利用する事で、1セルあたりのビット数を増やした物が考案され、これをマルチレベルセル（MLC）と呼ぶ。従来の1セルあたり1ビットのものは、シングルレベルセル（SLC）と呼ぶようになった。速度・書き込み可能回数の面においてはSLCに優位性があるが（Vthの多段判定が不要、等による）、MLCはなによりも大容量化に優位性があり、これにより現在ではNOR型でも、ワンチップで1Gbitを超える製品が市販されている。

消去・書き込みのためにVppとして別電源が必要なもの（二電源系）と、単一電源で動作するものがある。最近では、低容量のROM等には3.3V単一電源のもの、携帯電話のROM用途には1.8V単一電源またはCore 1.8V・I/O 3.3Vのものが多く使われている。次のエントリ[ 寿命 ]

寿命

フラッシュメモリの記憶素子は動作原理上絶縁体となる酸化膜を貫通する電子により劣化するため、消去・書き込み可能回数が限られており、数百回が限界である。NOR型よりもNAND型の方が劣化が激しい。この記憶素子をそのまま記憶装置として使う場合、書き込みが特定ブロックに偏るため、未使用の記憶素子がある一方で特定の記憶素子だけが劣化によって寿命が尽きるという状況が発生してしまう。現状の製品では、書き込みの偏り対策としてコントローラを搭載して消去・書き込みが特定ブロックに集中しないように（ウェアレベリング）しているが、それでも数万回から数百万回が限度である。

このため、主記憶装置としての使用や、補助記憶装置としてであっても、データベースでの使用、動作履歴の保存先としての使用、バッファとしての使用などの書き換え頻度の高い用途もしくは信頼性を求める用途には適さない。

書き込み可能回数を超えると、ストレージとして認識することができなくなったり、正常な記録ができなくなったり、正常に記録することができたとしても記録内容を維持することができず、記録した内容が壊れたり消えてしまったりする確率が上昇する。

Intelの研究によれば、63nmから72nmのプロセスルールで製造されたMLC（2bit/セル）方式NANDフラッシュメモリ8Gbitチップの場合、1万回の書き換えでエラーの起きる確率が1ビット当たり100万分の1から1000万分の1程度（即ち8Gbitならばエラーの起きるビットは平均1000から100ビット）である。

フラッシュメモリは電子製品であり、電子回路上に実装された形で製品化されているものが大半である。電子製品であるがゆえにフラッシュメモリそのものの故障以外に、電子回路上（コントローラチップなどフラッシュメモリ以外の実装部品も含む）の故障の影響で使用不能に陥ることもある。次のエントリ[ 保持期間 ]

保持期間

前述の寿命に達していなくても、書き込まれたデータの保持期間は有限である。これは、フローティングゲートに充電した電子によって情報を記憶するという構造によるもので、メーカーの公称値では、書き換えによって劣化していない状態で10年から数十年となっている。また、これは環境の影響を受け、高温や放射線のあたる環境下においては保持期間は通常より短くなる。次のエントリ[ 容量単価 ]

出典:フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

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