東芝、フラッシュメモリサミットでQLC NAND開発プラットフォームを展示

先月、東芝はBiCS 3テクノロジーを採用したQLC（セルあたり4ビット）ストレージを発表しました。QLCについては約1年前から耳にしていましたが、こんなに早く実現するとは思っていませんでした。Flash Memory Summitでは、QLCを実際にご覧いただいただけでなく、開発プラットフォーム上で動作している様子も拝見しました。

QLCがなぜ素晴らしい技術なのかを真に理解するには、NANDフラッシュメモリ上でデータがどのように保存されるかを理解する必要があります。「データは0と1の羅列だ」とよく聞きますが、実際にはそう捉えていません。シングルレベルセルNANDでは、データは0か1のどちらかであり、つまりセルは文字通り1ビットしか保持できません。これは、セルが電荷を保持するか保持しないかのどちらかであるためです。これは白と黒に例えれば分かりやすいでしょう。

マルチレベルセルNANDは、セルあたり2ビットです。確かに、業界は2ビットを超える規模を想定していなかったため、2ビットを超えるメモリを搭載した現在では、この名称は少し誤解を招くかもしれません。2ビットとは、実際には4つの電荷レベルを意味します。ここから、この技術はインテリジェンス化が始まります。もはや白黒ではありません。コントローラーは4つの電荷レベルを読み取る必要があるため、比喩的な色のグラデーションは黒、濃い灰色、薄い灰色、そして白へと広がります。時間の経過とともに電荷は逃げていく可能性があります。これは、黒いシャツを長年洗濯して色褪せていくようなものです。電圧ドリフトは深刻な問題であるため、コントローラーはそこに何が存在するかを認識するだけでなく、それが時間の経過とともにどのように変化するかを把握する必要があります。

セルに3ビットを保持するのはさらに複雑です。電荷レベルは8段階になり、黒、6段階のグレー、そして白になります。ここでも、コントローラーは存在するデータを識別するだけでなく、電荷が時間とともにどのように変化するかを理解する必要があります。

QLC（クアッドレベルセル、つまりセルあたり4ビット）は、電荷測定レベルをさらに2倍にします。QLCでは、黒、14段階のグレー、そして白が表示されます。テレビのテストパターンのグレースケールを見たことがあるなら、これを想像できるでしょう（上の画像でその一つを見つけました）。各色の区別がつきにくく、時間の経過とともに変化します。

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QLCをストレージの現実的な選択肢とするための縁の下の力持ちは、NANDフラッシュコントローラ企業です。アルゴリズムは現状よりもさらに高度化する必要があり、現在出荷されているセルあたり3ビットの最新SSDに追いつくだけでも、変化するデータをより高速にデコードできる必要があります。

今後数ヶ月、NANDフラッシュメーカー各社がストレージ容量拡大のためにこの技術を活用する計画を発表するにつれ、QLCに関する話題がさらに増えていくでしょう。コンシューマー向けQLC SSDが登場するのは2019年以降になると思われますが、技術の進歩は速いため、予想が間違っている可能性もあります。NANDメーカーは現在、1セルに4ビットを組み込むことができますが、コントローラーメーカーはそれを実用化するために新たなエラー訂正技術を開発する必要があります。

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Microsemiブースの奥の隅に、東芝初のQLCが展示されていました。Microsemiは、エンタープライズ製品に使用されるフラッシュプロセッサを設計しています。