3D NANDの登場で変わるSSDのラインナップ ～性能・価格を左右するコントローラとメモリ 3～

3D NANDの登場で変わるSSDのラインナップ

■先行するSamsungを主要3陣営が追撃

　昨年まではSamsung 1社のみが3D NAND搭載SSDを販売していたが、今年に入り、東芝／ Western Digital（旧SanDisk）陣営、Intel/Micron陣営、SK hynixといったNANDメーカー陣営もいよいよ3D NANDの量産を開始した。これによって、3D NAND採用SSDの本格普及の兆しが見えてきている。

　3D NANDは、従来のプレーナ（平面）型のNANDメモリとは異なり平面方向の密度を上げるのではなく、高層マンションのように立体構造を取ることによって大容量化を実現するNANDメモリだ。その最大のメリットは、蓄えられる電荷の量が大幅に増加し、書き換え回数が現在のプレーナ型のNANDメモリより1桁多い数万回レベルに、記録速度が約2倍に高速化されることである。

プレーナ型NAND vs. 3D NAND：特徴比較

　ただ、3D NANDは製造の難度が非常に高いという難点もある。現状ではプレーナ型NANDメモリのような歩留まりは実できておらず、価格が高くプレミアム品の位置付けに近い。実際に、もっとも早く3D NANDの量産を開始したSamsungでさえ今のところ他社には3D NANDを供給しておらず、14nmプロセスのプレーナ型NANDを開発したりプレーナ型NAND採用のSSを投入したりと「一気に3D NANDへ！」という当初の勢いからは一歩後退した印象を受ける。一方で、いよいよ3D NAND搭載SSDの出荷を開始したMicronのように、今後は3D NAND搭載SSDに注力するというメーカーもある。同社では、コンシューマ向けに3D NAND搭載SSDを出荷することでまず数を確保し、生産しつつ歩留まりを上げ、3D NANDの価格を下げたいとしている。

　以上を総合すると、今後のSSDのラインナップは、次項の表のようなイメージになる可能性が高い。3D NAND搭載製品は、NANDメモリそのものの価格が高いため、当初はNVMe SSDなどのハイエンドモデルやエンタープライズ向けモデル主体で展開されることになるだろう。ハイエンドモデルは3D TLC NANDが主流で、エンタープライズは3D MLC NANDが主流になるだろう。ミドルレンジの製品は、Serial ATA SSDでプレーナ型のMLC NAND。ローエンドは、3D NANDの価格がある程度低下するまではこのままプレーナ型TLC NANDが採用され続けることになる。また、NANDメモリの価格しだいだが、ミドルレンジとハイエンドの中間に、プレーナ型MLC NANDのNVMe SSDや3D TLC NANDのSerial ATA SSDをラインナップする可能性が考えられる。現時点では、Micronの3D TLC NAND採用SDD、Crucial MX300がこのレンジの製品だ。

従来型のプレーナ型NANDは限界？

3D NANDは今後普及がさらに広がる

15～16nmで製造される「1z世代」のプレーナ型NANDは、度重なる微細化によってデータの記録・保持に必要な電荷を蓄え難くなってきている。このため、これ以上の微細化を行なわないメーカーが多数

3D NANDは製造難度は高いが、歩留まりが向上して製造原価が下がることで、さらなる普及が見込まれる。大容量化の見通しも立っており、将来的にはシリコンダイあたり1Tbitを目指していると言う

■組み込み系製品が低価格化を先導

SSDに価格差が生まれるポイント

SSDメーカーでは、近年eMMCの代替としてシングルチップSSDの開発が盛んだ。シングルチップSSDとは、1チップにコントローラとNANDメモリを収めたSSDである。Serial ATAやPCI Express接続のシングルチップSSDの出荷がすでに始まっており、組み込み用やiPhone 6s Plusなどのスマホなどで利用されている。シングルチップSSDの普及が、今後のNVMe SSDや3D NANDの低価格化に寄与する可能性もある

　3D NANDの普及によって、SSDの大容量化も加速する。というのも、現在の3D NANDのシリコンダイあたりの最大記録容量は、Intel/Micron陣営が出荷中の3D TLC NANDの384Gbit（48GB）。これを現在最大である16積層のダイスタッキングでパッケージすると1チップで768GBの記録容量を実現できる。このチップを利用すると、2チップで1.5TBのSSDを製造でき、わずか3チップで2TBを超えるSSDを製造することも理論上は可能だ。なお、Samsungや東芝／ Western Digital陣営、SK hynixでは、256Gbit（32GB）の3D MLC NANDを出荷。256Gbit品なら16積層のダイスタッキングでパッケージすることで、1チップあたりの記憶容量は512GBとなり、4チップで2TBのSSDを製造できる。

　プレーナ型NANDのシリコンダイあたりの記録容量は、MLC/TLCともに128Gbit（16GB）で止まっているが、3D NANDは積層数を増やすことで、今後も記録容量を増加させていくことになる。すでにSamsungは512Gbit（64GB）の3D TLC NANDの開発を行なっており、同社を追う東芝／ Western Digital陣営やIntel/Micron陣営も、同容量の3D TLC NANDの開発を行なっていることを明らかにしている。3D NANDのシリコンダイあたりの記録容量が512Gbitに増加すると、わずか1チップで1TBのSSDを製造することも可能になる。

　ひとまず価格を見ないことにすれば、2.5インチサイズのHDDの最大記録容量を上回る記録容量を持つSSDを簡単に設計できる時代がすぐそこまで近付いてきているのだ。

製品ラインナップ／使用メモリの今と今後

[Text by 北川達也]