SDカードとSSD：本当に何が違うのか？

Nandflash Sdport

ソリッドステートドライブは、アプリケーションを素早く開き、ファイルを読み込む能力を飛躍的に向上させてくれました。そのストレージメカニズムは、フラッシュストレージメディアが使用するのと同じ原則、すなわち不揮発性メモリに基づいており、これはRAMのように電源喪失によってメモリが消失することを防ぎます。SDカードとSSDの両方がソリッドステートストレージを使用し、可動部品がないため、これら二種類のメモリの間に注目すべき違いはあるのでしょうか？大容量のSDカードは、小型のSSDとほぼ同じものであっても良いのではないでしょうか？

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NANDフラッシュを説明する

ほぼすべてのメモリは、コンピュータのRAM以外のチップに格納され、NANDフラッシュという技術を利用しています。

NANDフラッシュメモリは、デバイスにインストールされた他のハードウェアやチップに組み込まれたハードウェアに依存します。NANDセルは、内部にデータを保持する半導体の連なりです。これらのセルが情報を読み書きする速度は、ほぼすべて、セルの配置とデータを拾って送信するコントローラーのプロセスの調整に依存しています。

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さらに、NANDフラッシュメモリには異なる種類があり、それぞれにメリットとデメリットがありますが、理論的にはSSD（Samsung SSD 850 EVOにある3D TLC NANDなど）からNANDトランジスタをSDカードに移行することも可能です。SDフォーマットが機能するためには、それを読み取るデバイスと通信できる能力が必要です。

これは重要です。なぜなら、NANDフラッシュの違いはほぼすべて、セルへのグループ化の仕方に依存するからです：

シングルレイヤセル（SLC） - セルあたり1ビットを保存します。これは、はるかに高価な選択肢です。通常の消費者向け製品では、SSDのキャッシングや一部の高級SDカードにのみ使用されます（ただし、NVMeドライブのような一部のSSDは、キャッシュ用にRAMチップを使用する傾向があります）。各ブロックは100,000回書き込むことができ、最も耐久性が高い選択肢となっています。
マルチレベルセル（MLC） - 2ビット以上を保存しますが、最も一般的には2ビットを保存します。このようなストレージグループは一般的ではありませんが、SLCテクノロジーよりも大幅に安価です。ブロックは平均で40,000回書き込むことができます。
トリプルレベルセル（TLC） - 3ビットを保存するセルです。これは実際にはSSDに最も一般的に見られるタイプのセルです。ブロックの耐久性は、上記の他のバリアントよりもかなり低いですが（平均で3,000回の書き込みサイクル）、一般的な家庭用には十分です。
クアッドレベルセル（QLC） - 4ビットを保存します。高容量のドライブのいくつかは、このストレージがアーカイブ用に非常に安価なストレージを提供するためにオプトしていますが、1,000回の書き込みサイクルの耐久性評価は、ドライブをキャッシングやスワップ/ページファイルに使用するコンピュータでは過酷である可能性があります。

SDエクスプレスカードとSSD

理論的には、SSDと同じ速さで書き込みと読み込みを行うSDカードが実現可能です。ほとんどの場合、市場に出回っている平均的なカードはそれほど速くはありません。しかし、一部のメーカーは、従来のSSDの速度を超えることができるNVMe SSDコントローラーの縮小バージョンを含む新しい技術であるSDエクスプレスを提供しています。

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印象的ではありますが、1つの簡単な理由から、SDエクスプレスはSSDの交換用に置き換えることはできません：提供されるスペースでは、製造業者が大きくて高速なキャッシュを作成する能力をまだ与えられていません。これが可能であったとしても、そのようなキャッシュが発生させる熱の問題に対処しなければなりません。必要なトランジスタ密度により、フル機能を持った縮小版SSDコントローラーとキャッシュを持つSDカードは、そのプラスチックケース内で熱を放散することができません。

理論的には、はい、これらの新しいSDエクスプレスカードは、コンピュータ愛好家のような私たちが待ち望む現代のNVMeドライブに匹敵する素晴らしい転送速度を持っています。しかし、実際には、ノンシーケンシャルの読み書き操作の速度は、制限されたキャッシュスペースのために依然として不足しています。

簡単に言えば、SDエクスプレスは、可能な限り高いシーケンシャルの読み書き速度を必要とする非常に高解像度のビデオおよびオーディオ録画のためのプラットフォームとして価値のある機能を果たしています。しかし、SDエクスプレスカードとSSDを比較することは完全に正確ではありません。

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違いに焦点を当てましょう

SDカードには限られた容量があるため、ストレージを取得して書き込むマイクロコントローラーは通常、カードの端に押し込まれます。以下の画像のように。

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そのサイズのマイクロコントローラーにプログラムできる命令の数は限られており、非常に小さなインフラのため、SDカードがデータを扱う方法はかなり基本的です。自由なスペースがどこにあってもデータを保存し、できるだけ整然と読み取る傾向があります。

これはSSDには当てはまりません。SSDは、すべてのメモリとそのインフラ全体を、平均的なコンピュータのドライブベイに収まるサイズのスペースにフィットさせる贅沢があります。以下の画像に示すように、コントローラーが強調されています。

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NVMeドライブのように、はるかに小型で、全体的に印象的な読み書き速度を誇るものでも、コントローラーに与えられるスペースはSSDとほぼ同じであり、代わりにメーカーはより高密度のトランジスタを持つ高価なストレージチップを使用してスペースを節約することを選択します。

SSDのすべてのインフラは、どのセルも他のセルよりも多く使用されることがないように構築されており、各ファイル操作をできるだけバランス良く行います。これは、各セルの寿命が書き込み回数によって制限されるプラットフォームで、多くの読み書き操作を行うドライブに期待されるものです。

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大きなスペースのおかげで、製造業者はキャッシュデータを保存するチップを挿入することができ、これは重い処理や繰り返しの操作を迅速に管理するために重要です。無駄な時間はなく、すべてがスムーズに転送されます。

さらに、ドライブの追加のボリュームにより、より多くの熱を放散することができます。これにより、SDフォーマットでは実現不可能な、電力を多く消費するコントローラーを持つことが可能です（なぜなら、それは小型の携帯機器が提供できる以上の電力を消費し、かなり加熱されるからです）。

全体として、各プラットフォームは特定の環境で機能するように設計されています。SDカードはファイルを保存して再生するのに最適ですが、SSDはコンピュータのオペレーティングシステムパーティションを実行するために最適化されています。一方は役割が単純で、もう一方はよりスマートで適応性が求められます。ここでは速度だけでなく、ワークフローや多用途性の問題でもあります。

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よくある質問

1. 「NビットMLC」とは何ですか？

マルチレベルセル（MLC）は「セルあたり2ビット以上」を意味するため、一部の企業はドライブを説明するためにTLCやQLCという用語を使用しません。SSDの仕様を見て「3ビットMLC」と書かれている場合、それはトリプルレベルセル（TLC）のドライブを意味します。

2. なぜキャッシュが重要なのでしょうか？

データがSSDに書き込まれると、コントローラーはどこに書き込むかを見つける必要があります。ウェアレベリングやその他のテクノロジーがドライブのバランスを取るのに役立つため、新しいデータを置く場所を決めるまでに「考える」必要があることがあります。これを頻繁に行う場合、この「考える」時間は目立つことでしょう。ただし、ドライブには未処理のデータを置く場所が必要です。キャッシュはその未処理データのための一時的な容器として機能します。

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