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What is MLC?

MLC とは

MLC は、SSD の記憶媒体であるフラッシュ・メモリの 1 つのメモリ・セルに 2 ビット以上（多ビット）のデータを記録する方式を意味します。MLC は、DLC（double-level cell）と呼ばれることもあります。1 つのメモリ・セルに 1 ビットのデータを記録する方式は、SLC（single-level cell）と呼ばれます。

現在普及している呼称として、2 ビットを記録できるセルは MLC、3 ビットのものは TLC（triple-level cell）、4 ビットのものは QLC（quad-level cell）と呼ばれます。

MLC 型 SSD の長所

MLC フラッシュ・メモリはデータ密度が高いため、ストレージ容量あたりのコストが低いことが大きな長所といえます。MLC 型 SSD フラッシュ・メモリは SLC よりも低価格であるため、コンシューマ向け電子機器メーカーに広く採用されているソリッド・ステート・ストレージ・メモリです。

MLC 型 SSD の短所

通常では、「レベル」の数が増える、すなわち、1 つのセルに記録するビット数が増えると、性能（スピード、信頼性）が低下します。理由は、多くのデータを読み取るために高い処理能力が必要であること、読み取るデータのビット数が多いほど誤差の許容範囲が小さくなり、それに対応する高精度が求められることにあります。したがって、通常では、MLC は SLC よりもビットエラー・レートが高くなります。

この他に、SLC 型 SSD と比較した場合の短所として、書き込み速度が低いこと、耐久性に関わる P/E サイクル数が小さいこと、消費電力が大きいことが挙げられます。また、MLC 型 NAND は、信頼性を高めるために同じデータを第 2 しきい値電荷で読み取る必要があり、読み取り速度が SLC より低くなります。

MLC 型 SSD の仕組み

各メモリ・セルには、マイクロチップのチャージ・トラップの電荷の有無に応じた一定数の「状態」があります。各状態は、トラップの電荷レベルに応じて 1 と 0 で表されます。SLC は、2 つの電荷状態（0 と 1 の 2 値）で、1 つのセルに 1 ビットのデータを記録します。

MLC 型 SSD は、4 つの電荷状態（00、01、10、11 の 4 値）で、1 つのセルに 2 ビットを記録できます。TLC（triple-level cell）では、チャージ・トラップに 8 つの電荷レベルがあり、8 つの異なるしきい値電荷（8 値）が表せるため、3 ビットを記録できます。16 の電荷状態（16 値）で 4 ビット記録できるものは QLC（quad-level cell）、32 値で 5 ビット記録できるものは PLC（penta-level cell）と呼ばれます。

MLC 型 SSD の信頼性

MLC は SLC よりも高頻度で NAND フラッシュへのデータの書き込みが行われるため、エラーが発生するリスクが高く、その結果、MLC 型 SSD は一般的に SLC 型 SSD よりも信頼性が低いと考えられています。しかし、必ずしもそうではありません。トロント大学と Google が 6 年間にわたって実施した調査によると、MLC のほうが書き込みの耐久性がはるかに低いにもかかわらず、SLC 型 SSD と MLC 型 SSD では、エラー発生率がほぼ同じであることがわかりました。

この調査では、次の事柄も明らかになりました。

SSD のエラーの最大要因は、書き込み回数ではなく、使用年数である。
訂正不能ビットエラー・レート（UBER）は、信頼性を測る指標としては機能せず、訂正前のビットエラー・レート（RBER）のほうが有効である。
使用開始後 4 年間で、SSD の 30%～80% に少なくとも 1 つの不良ブロックが生じ、2%～7% に少なくとも 1 つの不良チップが発生する。このことは、SSD は HDD のように一度に全データを失うリスクは低いが、SSD もデータの一部を失うリスクがあることを意味しています。

MLC 型 SSD にはどのような製品があるか

この質問は、SSD の調達時によく挙げられます。1 つのセルに 2 ビットを記録する SSD という意味の MLC 型 SSD の主要な製品は次のとおりです。

MLC 型 SSD の例：

結論：MLC 型 SSD で、容量と信頼性を両立

従来は、1 つのセルに記録するビット数が増えると、信頼性と容量のトレードオフが生じるとされてきました。1 つのセルに 2 ビットのデータを記録する MLC 型 SSD は、現在市場にある SLC セルと TLC セルの中間の容量と信頼性を備えています。技術の進化に伴い、MLC と SLC の信頼性の差は大幅に縮小し、セルの使用年数がより大きな意味を持つようになりました。したがって、ストレージを購入する際には、データ・ストレージ・ソリューションの性能、信頼性、容量を包括的に理解したうえで意思決定をすることが重要です。