【技術】性能11倍、電力93％減、寿命7倍のハイブリッドSSD技術を中央大学の竹内教授らが開発　ReRAMをキャッシュ兼仕分け場に

【VLSI】性能11倍、電力93％減、寿命7倍のハイブリッドSSD技術を中央大学の竹内教授らが開発

http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20120607/221952/Image0.jpg
ReRAMとNANDフラッシュ・メモリを組み合わせたハイブリッドSSDによって、データの断片化を抑制
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20120607/221952/Image1.jpg
性能11倍、電力93％減、寿命7倍を実現
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20120607/221952/Image2.jpg
今回の用途ではReRAMへの技術要求がそれほど厳しくない

　中央大学 理工学部 電気電子情報通信工学科 教授の竹内健氏らの研究グループは、高速な書き換えが
可能なReRAM（抵抗変化型メモリ）と大容量のNANDフラッシュ・メモリを組み合わせたハイブリッド構造のSSD
アーキテクチャを開発した。NANDフラッシュ・メモリのみを用いた従来のSSDに比べて、書き込み性能を11倍、
消費電力を93％減、書き換え寿命を6.9倍にできるという。2012年6月13〜15日に米国ハワイで開催される
「2012 Symposium on VLSI Circuits」で発表する［講演番号：C-16.3］。

　NANDフラッシュ・メモリは、データを書き込む単位（ページ）が例えば16Kバイトと大きいほか、同じページにデータ
を上書きできないという特徴がある。このため、512バイト（1セクタ）といった小さなデータを上書きするランダム・アク
セスでは、16Kバイト分のデータを別の領域に書き込んだ上で、元々のデータ領域を後で一括消去する必要が
ある。金融機関のサーバーなどにSSDを用いる場合、こうしたランダム・アクセスが支配的であるため、書き込み
性能の低下や消費電力の増大が生じてしまう。

　これに対し、今回は例えば256GバイトのNANDフラッシュ・メモリに対し、8GビットほどのReRAMをキャッシュ兼
ストレージとして用いるハイブリッド構造のSSDを提案した。ReRAMは高速のランダム・アクセスが可能なため、
小さなデータを書き換える際にReRAMを利用することで、SSDの高性能化、低消費電力化だけではなく、
寿命も大幅に改善できた。

　具体的には、次のような三つのアルゴリズムでデータの書き込みを制御する。（1）AF（anti-fragment）アルゴ
リズムでは、セクタ単位の小さなデータをReRAM上に書き込み、ほぼ1ページ分のデータが揃ったらNAND
フラッシュ・メモリに書き込む。こうすることで、NANDフラッシュへの不用意なランダム・アクセスを抑制する。ただし、
ReRAMのリソース（容量）には制限があるため、ReRAMの空き容量に応じて、データが1ページ分揃わなくても
（例えばページ使用率が60％程度であっても）NANDフラッシュに書き込むように制御する。

　（2）RAAF（reconsider as a fragmentation）アルゴリズムでは、データが揃って一度NANDフラッシュ・メモリに
書き込んだ後、そこに小さなデータを上書きする場合には、再びReRAMに書き戻すようにする。これによって、
NANDフラッシュ上で再びデータが断片化するのを防ぐ。

　（3）MRU（most recently used table）アルゴリズムでは、頻繁にアクセスするホット・データをReRAMに格納
する。ホストから送られてくる書き込み用アドレスの履歴を最新の一定量だけ記憶しておき、そのアドレスの
データはReRAMに書き込むように制御する。これは、頻繁にアクセスするデータのアドレスは最新の履歴内に
あるだろうとの予測に基づく。

　上記の制御を行うコントローラの動作モデルを作成し、エミュレータ上で動作させた結果、SSDの書き込み
性能を11倍、消費電力を93％減、書き換え寿命を6.9倍に改善できることを確認した。なお、コントローラ、
ReRAM、NANDフラッシュ・メモリはそれぞれTSV（Si貫通ビア）で3次元接続されたものと仮定しているが、T
SVを用いなくてもほぼ同等の効果が得られるという。また、今回は入力データとしてランダム・アクセスが支配
的な金融サーバーのアクセス・データを用いた。別の用途では、アルゴリズムも変える必要があるという。

　今回明らかになった改善効果のうち、特にインパクトの大きいのが、NANDフラッシュの書き換え寿命を約
7倍に改善できる点である。データ・センターなどではSSDの交換が必要となるが、寿命を7倍に伸ばすことが
できれば、実効的なコストを1/7にできる。現状ではコストの高いReRAMを使用したとしても、「十分ペイできる」
（竹内氏）とする。

>>2あたりに続く

木村 雅秀/日経エレクトロニクス　2012/06/12 00:00
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20120607/221952/

　さらに今回の技術開発では、ReRAMに求められる性能や信頼性の水準も明らかとなった。今回のハイブリッド
SSDではNANDフラッシュへの書き込みを抑制し、ReRAMを酷使しているわけだが、ReRAMへの書き込み回数
はNANDフラッシュの30倍程度だったことが分かった。NANDフラッシュの書き換え回数を3000回とすると、ReRAM
にはその30倍である約10万回（105回）ほどが求められる。また、その際のReRAMのアクセス時間は書き込み、
読み出しとも、数μs程度で十分だった。

　こうしたReRAMへの要求値は、従来考えられていた水準よりもかなり低い。ReRAMを今回のようなストレージ・
クラス・メモリとして利用するなら、信頼性や高速性を改善する技術開発よりも、むしろ微細化を推し進めて大
容量化・低コスト化した方が良いと竹内氏は指摘している。

　なお、今回の研究は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業である「高速不揮発
メモリ機能技術開発」において実施された。

2012 Symposium on VLSI Technology
http://www.vlsisymposium.org/
16.3 x11 Performance Increase, x6.9 Endurance Enhancement, 93% Energy Reduction of 3D TSV-Integrated
Hybrid ReRAM/MLC NAND SSDs by Data Fragmentation Suppression
H. Fujii, K. Miyaji, K. Johguchi, K. Higuchi, C. Sun, K. Takeuchi, University of Tokyo
※東京大学となっていますが2012年4月から中央大学 理工学部 電気電子情報通信工学科 教授（現職）
http://www.takeuchi-lab.org/takeuchi.html

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なんで東大から中央にいったんだろ
この人

昔、バーチャルチャネル（VC）SDRAMと言う似たような感じの校則メモリをNECが開発したんだが
結局ごく一部のメーカーが採用しただけでまったく広まらなかったな
結局Intelとかが採用しなければ広まらないってこった
これはそれに関係なく主流に慣れる物なのかね、そうならいいがそうでなければ

将来のSSDはNANDフラッシュ部分が徐々に消滅します（予言

え東大がクソだからだろ　使えない大学だもん
ブランド力だけ　京大をもう首都大にしたほうがいいと思う

製品化はいつ位になりますかね

>>4
これが一般的に使われるほど広まる前にflashメモリの方が消えるかもね

バッテリーにキャパシタを組み合わせるような

で、瞬停したら全データーあぽーんと

ハードディスク-->フラッシュストレージときて、その次のストレージ候補ってあるの?

納戸に仕舞った私の思い出

良かったなサムスン

>>11
エンドユーザーにとっては「クラウド」ってのが一般的になるだろうな
実際の記録媒体が何なのかは問題じゃなくなる

>>10
ReRAMは不揮発性だぞ

７倍って、寿命３年でも２１年になる計算だぞ

朝大解体フラグ立ったな

>>3
東大の時は准教授。
教授になるためには一度外に出ないと駄目だったのかもしれない。

サムスン「わかりました、頂きましょう。」

>>19

サムスンがアップをはじめました。

>>3
学内の勢力争いに嫌気が差したんじゃないの
あるのかどうか知らないけど
>>19
パテント料1台1000円ね

残念ながら日本の大学は機密情報がいとも簡単にダダ漏れだから、
海外に流出するだろうなぁ・・・。

韓国の大学と揶揄される九州大学がいい例。

で、一般消費者が製品をてにするのはいつ？

電池とSRAM積んどきゃいいって話？

日立か東芝で製品化してくれぃ。

RAID 0をSSD6台でやったら、何度もシステム壊れた。
2年ちょっと前の懐かしい思い出。

技術は日本企業以外には秘匿しろよ

こういうのっていざ実用化寸前でいろいろ障害が出てきて進展しないんだよな
癌やエイズの治療薬と同じ

でも、お高いんでしょう？

>>14
ファーストサーバで大規模なデータ障害、顧客データが消失
http://www.atmarkit.co.jp/news/201206/22/firstserver.html
（ファーストサーバ　株主　ヤフー株式会社100%）

>>4
VCは接続される側にVC対応のスペシャライズが必要だったから
VC対応を常識にすることができなかった。

SSDの場合はHDDと共通のSATAインターフェイスや
PCI-E へつなぐ形式なら、中身は変態でも売れる

>>4
ああ、そんなのあったね。押入れにしまってあるよ。

>>書き込み性能を11倍
データの書き換えがデメリットみたいだけど改善されるの？

普通に揮発性メモリと併用でいいじゃん
どうせノートPCが多いんだから瞬停も関係ないし

今はOSがboosterでやってるけどハードでやれればよい

容量を７倍にしろよ。
HDDとあまりかわんん
容量増えんと意味が内。

>>14
高速大容量化が進めば進むほど、アボ〜んした時が悲惨だよな。

早くていっぱい入るから、あらゆるデータを１つにまとめて
詰め込んで、快適にお仕事。　ある日、全てを失う(笑)。

HDD ５００Gとかないと困るからな。
速さもそんなに言う程変わらないし
たしょう遅くても大容量のHDDの方がいいけどね。
HDDでも十分早いよ。１２０G程度の容量で２万とかありえなすだろ。

容量がHDDの４倍入って高速って話なら買う価値もでるかもしれんが
容量が６４Gとかないだろ。いくら早かろうがそんなのはいらないよ。
１Tでもまだまだ不足してるのに。COREiと絡めばHDDでも無茶苦茶早いよ。

ノートなんでベイが1つしかない。
システム、アプリ用に小容量のSSDを付けたとして、データをUSB2.0のクソ遅い外付けHDDにすると
トータルでパフォーマンス悪くなりそうな気がしないでもない。

なのでReRAMとNANDのハイブリッドじゃなくて
ssdとHDDのハイブリッドにしてくれ。ベイ1つで済むように。

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＿.　-‐　''´￣/　ﾄ､丶　￣ 　 　 ／ /
竹内 均（たけうち ひとし、1920年7月2日 - 2004年4月20日）
は、日本の地球物理学者、東京大学名誉教授、理学博士、科学啓蒙家。
科学雑誌『Newton』初代編集長。

SSDの大容量化とコンパクト化が進んだら
ベイの新規格がいるかもなあ

ベイは普通に一つだろ

先の技術発展を考え数年で買い換えを想定すれば寿命が7倍ってのはアドバンテージないな
性能11倍はすごいけど、上の理由でペイできるとは思えない

今のところターゲットはサーバ用とって書いてあるような。
7倍でペイするかも、っていうんだから、値段もそのくらいってことなんだろうね。

>>36
そのすべての90%がエロ画像とダウンロードした動画ｗ

性能１１倍っていうのが、いきなりわからん
食ったときのうまさ？

西濃運輸

次世代メモリ
FRAM　ICカードで市場獲得、現在唯一のまともに実用されている次世代メモリ
MRAM　一応製品はでたが…　マイコン用SRAMの代替で活路か？
PRAM　たぶん死亡
ReRAM　PRAMがだめっぽいのでこれ。Flashの後継になれる？

>>47
レモン11個分の東京ドームがある

本当に使い物になるなら、黙って事業化して金儲けするだろ。

これと似たようなものなのかな

業界初のMRAM搭載SSD、バッファローが産業向けに製品化
http://eetimes.jp/ee/spv/1205/08/news057.html

エルピーダ復活のじゅもん？

>>53
あれはもうマイクロン主導で再建なんで関係ない。
で、なぜかGSが大もうけっと
ユダヤって怖いな

ＳＳＤ買うのまだ早かったな

よかった

ＶＣＳＤＲＡＭは国産の画期的な技術だ！ってことで喜んで買ったのだが、全然流行らなかったね、、、(´・ω・｀)

<丶｀∀´>9cm

いろいろと新技術が開発されたのに
実用化はまだまだだよね

もう日本で半導体作ってないからなぁ

さっさと日本の半導体優勢を取り戻せよ

売国技術者を問答無用で終身刑にする法律の制定が無いと全部無駄だがな

DDR3を32（16*2）GB積んで電池で中身を保持するのじゃダメなのか
商品化がいつになるかわからんReRAMなんて使わないでくれ

ReRAMが主流になればFlashを使う理由も無い、更に
ReRAMよりPRAMの方が可能性は高いはず。

HDD向けのIFを使ったSSDは無くなりCPUに直付けになるはず、
速度も2桁は速くなる。

>>21
東大のポジションがなかなか空かなかったんだろう

ReRAMとかMRAMって今GB単価はどれくらいなんだろうか
1万円どころじゃなさそうだが・・・

まあ良い事ではあるだろうけどSSDの消費電力なんかたかが知れてるんじゃね？
寿命が一桁伸びても何だかな〜って感じ。

俺の知ってる教授も東大から中央だったなぁ

東大と中央の理工キャンパは割と近所なんだよなw

あ、あと東大はカレーが美味しい。

>>60
トップ集団に居ないと金が回ってこない、一度落ちると登れない。これ、経済原理。
エルピーダは日本のメーカー寄せ集めたもの、全メーカーがまとめて落ちたってこと。

>性能11倍、電力93％減、寿命7倍を実現

一方サンチョンは
性能0.8倍、電力30%増、寿命0.8倍で「価格50%」を実現した

>>36
大容量化、高速化が進めば、内部で2系統になってて
自動でミラーしてくれるやつが出てくるんでないの

中小企業、大学「新技術出来ました」
中台韓企業「是非採用したい」
日本大企業「売れるかどうか分からないものに投資は出来ません」

>>68
くっ、八割の性能で半額なら飛びついちゃうwww

>>69
ファーストサーバみたいに壊れたデータで上書きされて結局全消滅になりそう。

ミラー処理はそれが怖いんだよね
定期的にArchive化して保存しておくのがいいのかな

>>31
中身が変体だろうと、性能とコストのバランスが取れているのなら、ね。
あんまりにもC/Pが悪すぎると普及して低価格化する前に消えうせる。

marchは学生の質の割には教授はまともなのかな？

教員の研究の質は大学名では判定できない。
どこの誰と共同研究しているか見た方がまだまし

>>36
ＳＳＤは原理的に大容量化した方が代替えメモリが増えるので長寿命になるとの事

>>60
そもそも、歴史的に見ると半導体で日本が生産量以外で優勢だったのはあんまり無かったかと、

中央大学って何県にあるの？　愛知？

【半導体】エルピーダ、新メモリ「ReRAM」を開発　高速で不揮発性［12/01/24］
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1327455793/

【半導体】パナソニック、次世代メモリー内蔵の新型マイコン量産へ[12/05/15]
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1337094456/
　パナソニックは２０１３年１―３月期に抵抗変化型メモリー（ＲｅＲＡＭ）内蔵マイコンの量産に乗り出す。
北陸工場砺波地区（富山県砺波市）にある直径８インチウエハーを活用した回路線幅０・１８マイクロメートルの生産ラインを整備。
５月から評価用スターターキットの提供を始める。ＲｅＲＡＭは消費電力が小さく、
書き換えが速い次世代メモリーとして有力視されており、同社が業界で初めて事業化に踏み切る見通し。

ただし、メモリー単体としては事業化しない方針だ。

　ＲｅＲＡＭは金属酸化物を電極で挟んだシンプルな構造で、製造プロセスが簡素。
次世代メモリーとしてエルピーダメモリやソニー、
韓国サムスン電子など国内外の半導体メーカーが開発を進める。
パナソニックは量産実績が豊富な強誘電体メモリー（ＦｅＲＡＭ）混載プロセス技術をベースにすることで、
早期の量産化にこぎ着けた。

パナソニックって組み込み系も作ってたのか。他所で採用されてるか知らんが大量の
自社製品群があるからな。

昔、ラムバス社が独自方式の高速転送メモリーを製品化してインテルとの間で
独占的な利用契約を締結していた。そのメモリーを採用したＰＣやサーバーは
確かにメモリの性能が高くて高性能だったが、メモリー価格が（独占している
こともあり）高く、また部品の供給元が絞られていたのがＰＣやサーバーを
製造する側にとっても著しく不利だった。
　結局、インテル以外のＣＰＵを使ったシステムではそのメモリは使えない
ので、性能は低くとも値段が安く誰にでも製造できる利点があった。
結局インテル製品のシェアが下がる傾向を示したので、ついにインテルは
ラムバス社の独自メモリ方式のみを採用する方針を破棄して、普通に入手
出来る業界標準規格のメモリを支持することに方針を転換した。
　メモリは電力消費などを増やしても良ければより高性能に出来るが、
価格や供給体制も含めてベストな組み合わせを追求するしかない。とくに
安価に大量に製品を作る場合はそうなる。

>>36
常にこの手の発言を見るが、早くていっぱい詰めるなら
バックアップが容易になるからより対策がとりやすくなるとしか思えんのだが、
なんでこういう考えに至るんだろうか
バックアップとらないことが前提なの？悲惨だと思うならとれよ

どっちにしても、キムチには理解すら出来ない。

>>69
二台買ってミラーにしてください
この姿勢は未来永劫変わりません

HDDと違って書き込み不能になるけど
ROM化するだけだからミラーいらねーんじゃね？
壊れたら引越しするだけで

?

馬鹿はスルーで

>>14
ファーストサーバと言うクラウド糞企業が
↓
バックアップを内部サーバーHDD（2次記憶）だけにしか取ってなくて
↓
派手に障害でデータふっ飛ばして
↓
顧客のデータ壊滅状態のロス
↓
損害賠償協議中

ってのはあるな

>>82
RDRAMがポシャったのはDDR2とかDDR3とか高速なSDRAMが出てきたことが最大

>>68
＞下の方
なにその「走ルンです」仕様

>>40
つ ISRT、Crucial Adrenaline

>>3
> なんで東大から中央にいったんだろ
> この人

パフォーマンスだけのパクリ屋で
自分のオリジナルといえる業績は無いんだから
外へ出されるのが当然。

国から科研費出ない研究だからだろ？
あいつら金になる研究に投資するっていう発想がないから。

なんでReRAMを持ち出すのかな。
今のSSDは、既にDRAMを使って無駄な書き込みを抑えているから、寿命は延びんがな。
センス無いことしてるから、東大から出されたんかなあ。

>>95
独自研究にすらなってないよ