エンタープライズ用途に、民生用NANDメモリが使えるエラー訂正機能を近く製品化――LSI社：メモリ/ストレージ技術

NAND型フラッシュメモリの製造プロセスの微細化の進展に伴いエラー率が向上し、扱いが難しくなっている。その中で、LSI Corporationは、10nm台の最先端プロセス採用NANDメモリに対応する強力なエラー訂正機能を開発し、2013年中に製品化すると明らかにした。

[竹本達哉，EE Times Japan]

　NAND型フラッシュメモリ（以下、NANDメモリ）は、製造プロセスの微細化により、面積当たりの記憶容量は拡大し、記憶容量当たりのコストも低下している。その一方で、記憶セルに格納する電荷量が小さくなるためにNANDフラッシュが誤ってデータを記憶するエラーの割合も増加している。20nm台前半、10nm台の製造プロセスがNANDメモリに適用されるようになってからは、特にデータの書き換えによる記憶セルの劣化が顕著になり、これまで以上に書き換え回数の増加に伴ってエラー率が上昇する傾向が強まっている。

製造プロセスの微細化で、NANDメモリのエラー率が上昇

　これらNANDメモリのエラーは、メモリコントローラICに搭載される「エラー訂正」（ECC）機能によって修正され、正しいデータとして出力される。ただし、ECCにも限界があり、ある一定のエラー率を超えると修正しきれなくなる。

　一般に民生機器よりも、書き換え回数が多く、データエラーが許されないサーバやストレージ機器に用いられるSSDなどでは、書き換え耐性が強いNANDメモリが用いられる上、エラー率が高くても対応できる強力なECC機能を備えたメモリコントローラICが使用される。そのため、民生機器向けSSDよりも、記憶容量当たりの価格は割高となっている。

　しかし、クラウドサービスなどの普及により、データセンターのサーバ、ストレージ機器は、より多くの記憶容量を低コストで記憶する必要性が高まり、微細プロセスを採用したNANDメモリを活用できるECC技術が求められている。

10nm台プロセス採用NANDメモリ向けECC技術「SHIELD」

　データセンターなどエンタープライズ用途向けの、SSD用メモリコントローラを展開するLSI Corporationは、10nm台プロセスを採用したNANDメモリを想定した新たなECC技術をこのほど開発し、2013年中に出荷するフラッシュメモリコントローラICに搭載することを決めた。

　新開発のECC技術は「SHIELD（シールド）」と命名。同社ストレージソリューショングループ担当エグゼクティブバイスプレジデントのPhilip G.Brace氏は、「そのエラー訂正能力は、従来技術から、画期的なレベルで強化されている」と言い切る。

　Brace氏は、SHILEDの能力を示す根拠として、「HARD LDCP」「BCH 1K」といったエンタープライズ向けNANDメモリに使用される主要なECC技術との比較データを提示する。10nm台プロセス採用した先端NANDメモリで書き換えを繰り返し、各ECC技術がエンタープライズ用途で許容できるエラー率10⁻¹⁶をどこまで維持できるかを調査した結果だ。

10nm台プロセス採用した先端NANDメモリで、繰り返し書き換えを行った場合の各ECC技術のエラー訂正状況を示す資料。左は約3000回の書き換えを行った状態で、「SHILED」「HARD LDCP」「BCH 1K」の各ECC技術ともに、エラー率10⁻¹⁶をクリアしていることを示す緑の表示が図中右に並ぶ。右は、書き換えを8000回以上を行った場合。エラーが発生したビットを示す赤い点が増え、SHILEDを除く2つのECC技術では、エラー率を10⁻¹⁶以下に抑えることができず「FAILED」（失敗）と赤く表示されている （クリックで拡大） 出典：LSI Corporation

　それによると、書き込み/消去のサイクルが3000回程度であれば、SHILED、HARD LDCP、BCH 1Kの各技術ともに、エラー率10⁻¹⁶以下を維持するが、9000回に迫ると、SHILED以外はエラー率10⁻¹⁶を上回るエラーが発生してしまったとする。SHILEDに関しては、書き込み/消去のサイクルが1万8000回に達してもエラー率10⁻¹⁶以下を維持したという。単純計算になるが、SHILEDは他のECCに比べ2倍以上のエラーを訂正できる能力があることになる。「SHILEDを使用すれば、信頼性の比較的低い民生機器向けNANDメモリでエンタープライズ向けストレージを構成できるになる」とする。

約1万8000回の書き換えを行った場合でも、SHILEDでは、エラー率10⁻¹⁶以下を維持しているとする （クリックで拡大） 出典：LSI Corporation

　SHILEDの仕組みについて、Brace氏は、「言葉が聞き取りにくい時に、正しく聞き取るには、聞き直すか、前後の文脈から言葉を推測するか、という方法がある。SHILEDは後者であり、前後のデータから、データを推測する技術を活用している」と説明した。

　Brace氏によると、SHILEDは、1Znmと呼ばれる10nm台前半の製造プロセスを用いたNANDメモリにも対応できるとし、実用化が始まっている記憶セルを積層した3次元NANDについても、「3次元化してもNANDメモリのエラー発生率はあまり変わらないため、当然ながら、SHILEDで対応できる」としている。