3D NANDフラッシュメモリ(3D NANDフラッシュ)の高密度化と大容量化がとまらない。その一方で、3D NANDフラッシュを内蔵するSSDでは、ある問題が無視できなくなりつつある。それは、高密度化した3D NANDフラッシュは、前の世代に比べるとアクセスの速度が低下するという問題である。

本来、NANDフラッシュを内蔵するSSDは、HDDよりもはるかに速いアクセスを特徴としていた。その特徴を活かすため、HDD互換のSASやSATAといったインターフェイスだけでなく、HDDよりも高速なインターフェイス「PCIe(PCI Express)」を採用するようになった。

しかしここにきて、3D NANDフラッシュを内蔵するSSDが最新のPCIeインターフェイスを実装すると、PCIeインターフェイスの性能よりもSSDの速度が低くなってしまうという問題が顕著になりつつある。このことを今年(2019年)8月のFMS(8月6日～8日、米国カリフォルニア州サンタクララコンベンションセンター)で、SSDコントローラの大手ベンダーであるSilicon Motionが指摘した。

3D NANDフラッシュを内蔵するSSDでは、複数の3D NANDフラッシュ(シリコンダイ)に対して並列にアクセスすることで、速度を稼いでいる。言い換えると、一定の速度を得るためには、ある程度の数のシリコンダイを必要とする。必要最低限のシリコンダイの枚数が、SSD製品の最低容量を決める、とも言える。

SSDが実装する入出力インターフェイスが高速化すると、必要とするシリコンダイの枚数が増加する。その一方で、3D NANDフラッシュが高密度化することで速度が低下しているので、必要となるシリコンダイの枚数がさらに増える。その結果、入出力インターフェイスの性能を満たすだけのシリコンダイを内蔵すると、SSDの最小容量が大きくなりすぎて、市場のニーズとは合わないものになってしまう。逆に市場のニーズに合わせた少なめの記憶容量だとシリコンダイの枚数が足りず、入出力インターフェイスよりもSSDのデータ転送速度が低い状態となる。

Silicon Motionは講演で、たとえばGen4×4レーン(最大性能8GB/s)のPCIeインターフェイスを実装し、96層の3D NANDフラッシュを内蔵したSSDを仮定すると、インターフェイスの性能を満たすためには27枚のシリコンダイが必要となり、SSDの最小容量が1.72TBになるという計算結果を示していた。最小容量が1.72TBという製品は、現在のSSD市場では記憶容量がやや大きすぎる。

この問題は、PCIeインターフェイスの高速化と3D NANDフラッシュの高密度化(低速化)が同時進行しつつある現在、時間の経過とともに悪化する。

次世代のPCIeインターフェイスであるGen5を4レーン実装する場合(最大性能16GB/s)についてもSilicon Motionは講演で予測していた。先ほどと同じ96層の3D NANDフラッシュを内蔵するSSDでは、54枚ものシリコンダイを必要とする。そして最小の記憶容量は3.45TBとなる。こうなるとSSD市場では明らかに大きすぎる記憶容量であることのほかに、54枚ものシリコンダイを実装するとNANDフラッシュのコストが許容できなくなるという懸念が生じる。