ハードディスクの仕組み
従来のハードディスクドライブは、磁気データの記憶原理で動作しています。アクチュエーターアームと呼ばれる装置に読み書き可能なヘッドを取り付け、回転するプラッターと呼ばれる磁気ディスクの表面を動かして、さまざまな場所に保存されているデータを取り出します。磁気ディスクの表面からわずか数ナノメートルのところにあるヘッドが、その下にある磁気を帯びた粒子のパターンを読み取り、変化させる。この粒子は、プラスとマイナスという異なる磁気極性を持ち、バイナリコードで0か1を表します。
この設計により、ハードディスクは情報を取り出すまでに常に遅延や遅れが生じます。アームは特定のデータに対してディスク上の正しい位置に移動しなければならず、特定のファイルやアプリケーションをRAMに完全に組み立てて開くまでにこのプロセスを何度も繰り返さなければならないことがあります。この遅延(レイテンシーと呼ばれる)は通常ミリ秒単位で計測されるが、ディスクが低電力の休止状態から回転を始めると、秒単位まで上昇することもあります。これに対し、最近のCPUの速度はナノ秒単位で計測される。1ナノ秒は一秒の10億分の1です。
CPUの世代が上がるにつれ、プラッターの高速回転が可能になったにもかかわらず、ハードディスクの待ち時間とCPUの速度の差はどんどん大きくなっていきました。HDDの技術革新により、プラッターの回転数が高速化されたにもかかわらず、HDDの技術的限界により、プラッターの回転数は10万回転/分程度で限界に達していました。
ソリッドステートドライブは、仕組みが異なります。ソリッド・ステート・ドライブは、可動部品を必要としない、より高速なフラッシュメモリ等を使用します。ソリッド・ステート・ドライブは、動作に可動部品を必要としない、より高速なロジック・ゲートに依存しています。データは、フローティング(電子的に分離された)論理ゲートとして動作するセル内に格納されます。ロジックゲートは、2つのバイナリ入力から1つの出力を生成する計算機スイッチである。電子はこのゲートと相互作用し、電荷を瞬時に別の状態に変化させる。この電荷の変化により、セル内の既存のデータが急速に消去され、新しいデータを入力することができるようになる。2番目のゲートはコントロールゲートと呼ばれ、データの入力と出力を制御します。
この電荷は、デバイスが電源に接続されていないときでも保持されます。このため、フラッシュは不揮発性メモリとして扱われます。
メモリセル自体は、金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタやMOSFETの一種です。
フラッシュメモリーにはNOR型とNAND型の2種類があり、論理ゲートの種類で呼ばれています。NAND型フラッシュメモリは、USBメモリやパソコンなど身近な機器に搭載され、最も広く使われています。NOR型に比べ安価で、容量も大きいという特長があります。
NANDメモリは、ブロックと呼ばれる格子状に配置され、それぞれがページと呼ばれる行で構成されている。NANDのブロックの大きさは256キロバイトから4メガバイト。1キロバイトは1,024バイトで、1バイトは8桁の2進数(ビット)の集まりです。
フラッシュメモリは、1秒間に平均1GBの速度で動作できます。