ソリッドステートドライブ（SSD）は、内部の高度な並列処理によって、より高速なデータアクセスを実現します。起動速度の向上、省電力性、耐久性、コンパクトなサイズなど、多くのメリットがあります。また、ほかのストレージ製品と比べて耐久性にも優れています。
ただし、SSDにも限界があります。SSDはフラッシュメモリを使って電子的にデータを保存します。セルは時間とともに劣化して効率が低下し、ドライブの実用寿命に影響を及ぼします。
SSDの寿命はどのくらい？
SSDはデータの保存にフラッシュメモリを使用します。フラッシュカードやUSBドライブなどに使われているものと同様のNANDフラッシュチップを使い、データを電子的に読み書きします。データの保存には集積回路を利用し、2進符号方式でデータを保存するトランジスターの格子で構成されています。
SSDはデータの保存に集積回路を利用します。電子コントローラーと複数のNANDチップを搭載しています。これらのチップは動作に電源を必要としません。その代わり、2進符号方式でデータを保存するトランジスターの格子で構成されています。
2進符号方式には0と1の2つの状態があります。トランジスターに電流が流れているとき、その状態は1です。電流が流れていないとき、値は0のままです。初期状態では、トランジスターは1になっています。ファイルへの書き込みや保存処理が行われると、一部のトランジスターが遮断され、値が0になります。
SSDは機械式ハードディスクドライブよりはるかに高速ですが、不揮発性メモリを使用しています。そのため、トランジスターが劣化して電荷を保持する能力を失うにつれ、時間とともに信頼性が低下します。使用量が増えるほど、これらのドライブの信頼性は低下します。SSDには初めから限られた寿命があります。
書き込みを行うたびに、SSDの効率は低下します。データを上書きするには、まず既存のデータを消去する必要があるためです。そのため、NANDチップは絶縁体を通して電子を送り込むための電圧を必要とします。
書き込みと消去を繰り返すと、絶縁体は劣化します。そのため、フラッシュセルを無期限にプログラムおよび消去することはできません。つまり、NANDの設計とSSDの使用状況によって、寿命が決まります。
詳しくはSSDのメリットをご覧ください。
SSDの寿命に影響する要因とは？
SSDの信頼性を決める主な要因は、SSDの使用年数、時間の経過に伴う総書き込みテラバイト数（TBW）、1日あたりのドライブ書き込み回数（DWPD）の3つです。
SSDの使用年数
SSDの使用年数は、性能と寿命を左右します。メーカーが10年間使用できると主張している場合でも、SSDの平均寿命は10年未満です。何よりも、使用状況に左右されます。
Googleとトロント大学の調査報告書によると、SSDの使用年数が増えるにつれてドライブの故障も増加しました。ただし、ハードディスクドライブより交換が必要になる頻度は25％少なくて済みました。
時間の経過に伴う総書き込みテラバイト数
IT業界では、SSDの寿命をTBWで表します。SSDの耐用寿命は通常256 TBWです。これは基本的な保証期間を示す値で、その後、メモリセルが劣化し始めます。
TBWの値を超えると、ドライブの故障やデータ損失の可能性が高まります。そのため、割り当てられたTBWを使い切った後は、ドライブを交換することが推奨されます。
1日あたりのドライブ書き込み回数
SSDにはDWPDの値もあり、これはSSDの保証期間中に1日あたり書き込み可能なデータ量を示します。単位はギガバイトです。DWPDの値が大きいほど、SSDの耐久性は高くなります。そのため、SSDを購入する際は、容量と性能を重視してDWPDを検討するとよいでしょう。
SSD／フラッシュメモリの耐久性の測定方法
NANDフラッシュSSDの耐久性は、書き込みサイクルで表されます。書き込みサイクルには上限があり、それを超えるとフラッシュメモリセルの酸化膜が劣化し始めます。これがSSDの性能に影響します。
耐久性の指標は、プログラム／消去サイクル、またはP/Eサイクルとも呼ばれます。SSDに新しいデータを保存するときは、既存のデータブロックを電気的に消去する必要があります。残念ながら、P/Eサイクルを継続するとNANDフラッシュメモリセルの酸化膜が劣化します。その結果、セルは最終的に摩耗し、データを保存できる容量に影響します。
SSDの性能に影響するもう1つの望ましくない現象が、書き込み増幅です。ストレージドライブにデータを書き込む際、実際の書き込み量が増幅されます。これにより書き込み回数が増え、SSDの安定した動作期間が短くなり、信頼性が損なわれます。書き込み増幅に影響する要因には、ガベージコレクション、オーバープロビジョニング、メタデータ、ログ構造、重複排除などがあります。
SLC（シングルレベルセル）、MLC（マルチレベルセル）、TLC（トリプルレベルセル）の各アーキテクチャでは、フラッシュの耐久性に大きな違いがあります。
- SLC NANDフラッシュは、約5万～10万回の書き込みサイクルに耐えられます。
- MLC NANDフラッシュは、最大3,000回の書き込みサイクルに耐えられます。eMLCまたはエンタープライズMLC版は、約10,000回の書き込みサイクルに対応します。
- TLC NANDフラッシュは耐久性が低く、約300～1,000回の書き込みサイクルに対応します。
さらに詳しくはSSDとHDDの速度の違いをご覧ください。
SSDの寿命を推定する方法
SSDの寿命は主にTBWとDWPDによって決まります。SSDの寿命を推定する方法は次のとおりです。
TBW
TBWは、ドライブが寿命までに書き込めるデータ量を示します。たとえば、SSDのTBWが300の場合、交換が必要になるまでに300 TBのデータを書き込めます。
Samsung 85 Proシリーズには、128 GB、256 GB、512 GB、1 TB、2 TB、4 TBの容量のSSDがあります。3D V-NANDを採用し、10年間の保証が付いています。
25 GB SSDの最大TBWは150です。512 GBおよび1 TBのSSDでは、最大TBWは300です。2 TBドライブのTBWは450、4 TBドライブのTBWは600です。
DWPD
DWPDは、寿命期間中、SSD全体を書き換えられる回数を1日単位で示します。たとえば、DWPDが1で保証期間が5年の200 GB SSDを考えてみましょう。これは、故障の可能性なく、5年間にわたって毎日200 GBを書き換えられることを意味します。
このデータから、TBWも計算できます。5年間、365日毎日200 GBを書き込めるため、TBWの合計は次のようになります。
200*365*5= 365,000 GB、または365 TBの書き込み
同様に、DPWDが2で、SSDの容量が200 GB、保証期間が5年というほかの条件が同じ場合、TBWは次のように推定できます。
2*200*365*5= 730,000 GB、または730 TBの書き込み
計算方法
SSDの寿命を計算するには、次の式を使用します。
（書き込みサイクル数×容量）／（SSD係数×年間書き込みデータ量）
容量1 TBのSamsung 850 PRO、TLC SSDを例に考えてみましょう。
すると、
書き込みサイクル数＝3,000
容量＝1 TBまたは1,000 GB
SSD係数：実際のデータ量に対する書き込みデータ量＝5（仮定）
年間のドライブへの書き込みデータ量＝1,500～2,000 GB（推定）
したがって、式は次のようになります。
(3,000 * 1,000)/(5 * 1,750)
＝342年
342年間、ドライブを信頼して使用できる保証はありません。しかし、これらの仮定に基づけば、SSDの酸化膜はこの期間にわたって持続することになります。
さらに詳しくはおすすめの高速SSDをご覧ください。
平均故障間隔
平均故障間隔（MTBF）は、HDDの性能測定によく使われます。しかし、SSDの場合は意味のある指標ではありません。MTBFは小規模なサンプルに基づく統計的な評価で、システム障害が発生するまでの平均時間を示します。そのため、MTBFの値が高いほど、製品の信頼性が高いとされます。
HDDのMTBFは約50万時間で、これはおよそ57年に相当します。SSDの平均MTBFは250万時間と報告されています。ただし、意味のある根拠がないため、あまり有用ではありません。
そのため、SSDの寿命を計算する際には、TBWとDWPDのほうが実用的な結果を得られます。
SSDのメンテナンスに関するベストプラクティス
SSDは非常に耐久性に優れていますが、短期間でHDDより多くのエラーが発生することがあります。これらのドライブの信頼性と寿命を向上させるため、メーカーは次のような先進技術を開発しています。
ウェアレベリング
この方法は、SSDのメモリブロック全体にわたってプログラム／消去サイクルを均等に分散させます。ウェアレベリングには、動的方式と静的方式の2種類があります。
動的ウェアレベリングアルゴリズムは、NANDフラッシュメモリブロック全体にデータのプログラムおよび消去サイクルを均等に分散させます。動的アルゴリズムは、フラッシュメモリにデータが書き込まれるたびに実行されます。マップを使って、OSのLBA（論理ブロックアドレス）を物理フラッシュメモリに対応付けます。システムがデータを書き換える必要がある場合は、新しいブロックが割り当てられます。これにより、SSDの寿命を延ばせます。
静的ウェアレベリングでは、OSもマップを使ってLBAを物理メモリに対応付けます。この場合、変更されていないブロックが移動され、書き込み済みのブロックと置き換えられます。
誤り訂正符号（ECC）
誤り訂正符号を使うと、ソフトウェアでビットエラーを検出して訂正できます。NANDフラッシュでは、このようなエラーがよく発生します。その結果、データが破損することがあります。ECCは、メモリセルの摩耗によって発生するビットエラーも訂正できます。そのため、メモリブロックの寿命を延ばし、SSDの寿命を伸ばすことができます。
不良ブロック管理
この方法は不良ブロックを検出し、システムがそのブロックにデータを書き込むのを防ぎます。NANDフラッシュメモリには、初期不良ブロックと後発不良ブロックがあります。初期不良ブロックは製造工程で発生するため、避けられません。後発不良ブロックは、P/Eサイクルの繰り返しによって発生します。
不良ブロック管理ではスキップブロック方式を使い、不良ブロックに遭遇したときにコントローラーが次の正常なブロックへ移動できるようにします。リザーブブロック方式では、予備の正常なブロックを使って不良ブロックを置き換えます。このように、不良ブロック管理はSSDの寿命と信頼性を高めます。
TRIM
TRIMコマンドは、削除されたページやブロックを消去し、SSDの寿命を延ばして性能を向上させます。使用されなくなったデータブロックの消去に役立ちます。これにより、コントローラーに無効なデータページを破棄させ、ストレージを効率的に管理できます。
SSDはHDDより信頼性が高い？
SSDはより高速で、コンパクトかつ耐久性に優れています。また、消費電力も少なく、性能を向上させることができます。SSDは特にエンタープライズ環境で多く利用されています。一方、HDDは機械的な故障の可能性が高く、損傷も受けやすくなっています。
ただし、HDDはより手頃な価格で、損傷した場合でもデータを簡単に復旧できます。大量のデータを保存し、頻繁にアクセスする必要がない場合は、HDDが適しています。より高速なコンピューティング体験が必要なら、SSDのほうが役立つでしょう。そのため、性能面ではSSDのほうが信頼性に優れています。
まとめ：SSDの寿命
完全なストレージデバイスは存在しないため、大きな損失を避けるためにも、データは定期的にバックアップすることをおすすめします。また、SSDはほかのデバイスと比べて寿命に優れていますが、どれだけ丁寧に扱うかにも左右されます。SSDを大切に扱い、できるだけ長く使いましょう。
詳しくは、現在のSSD市場を牽引するトレンドをご覧ください。