現在では、新しいPCを購入する場合でも、古いPCをアップグレードする場合でも、従来のハードディスクドライブ（HDD）ではなく、ソリッドステートドライブ（SSD）を導入することが望まれます。実際、HDDからSSDへの換装は、PCのパフォーマンスを向上させる最高のアップグレードのひとつと言えます。

しかし、どのように、そしてなぜ、SSDがこれほど画期的な技術なのか。

この記事では、SSDとは何か、SSDの実際の仕組みと動作、SSDが便利な理由、そして知っておくべきSSDの大きな欠点について正確に学びます。購入アドバイスをお探しの方は、「SSDを購入する前に考慮すべきこと」の記事をお読みになることをお勧めします。

コンピュータとメモリを理解する

ソリッドステートドライブの仕組みとその有用性を理解するためには、まずコンピュータのメモリの仕組みを理解する必要があります。コンピュータのメモリの構造は、3つの領域に分かれている。

1. キャッシュ
2. 思い出の品
3. データドライブ

それぞれの側面が重要な役割を担っているのです。

キャッシュは、メモリの最内部にある単位です。実行時には、コンピュータはキャッシュをデータ計算や処理の遊び場のようなものとして利用する。キャッシュまでの電子経路が最短であるため、データへのアクセスがほぼ瞬時に行える。しかし、キャッシュは非常に小さいので、そのデータは常に上書きされている。

メモリは中間的な存在です。ランダムアクセスメモリとしてご存知の方も多いでしょう。これは、コンピューターが実行中のプログラムやプロセスに関連するデータを保存する場所です。RAMへのアクセスはキャッシュへのアクセスより遅いが、これは無視できる。

データ・ドライブは、他のすべてが永久に保存される場所です。プログラム、設定ファイル、ドキュメント、音楽ファイル、動画ファイルなど、すべてのファイルが保存されている場所です。ファイルにアクセスしたり、プログラムを実行したりする場合、コンピュータはデータ・ドライブからRAMにロードする必要があります。

この3つの間には大きな速度差があることを認識することが重要です。キャッシュやRAMがナノ秒のスピードで動くのに対して、従来のハードディスクはミリ秒のスピードで動いている。

基本的に、データドライブがボトルネックになっています。他の何かがどんなに速くても、コンピューターはデータドライブが処理できる速さでしかデータをロードしたり保存したりすることができないのです。

そこで、ssdの出番となるわけです。従来のHDDがキャッシュやRAMに比べて数桁遅いのに対し、ssdははるかに高速です。これにより、様々なプログラムやプロセスのロードにかかる時間を大幅に短縮し、コンピューターをより速く感じることができます。

ソリッドステートドライブの仕組みは？

ソリッドステートドライブは、ハードディスクと同じように、データやファイルを長期間保存するためのものです。SSDは「フラッシュ」と呼ばれるRAMに似たタイプのメモリを使用していますが、電源を切るとデータが消えてしまうRAMと違い、SSDのデータは電源を切っても保持されるという違いがあります。

一般的なハードディスクドライブを分解すると、レコードプレーヤーのように読み取りピンのついたタイルの束が見えます。針がデータを読み書きするためには、プレートを正しい位置に回転させる必要があります。

一方、SSDはバッテリーグリッドを利用して、高速にデータを送受信します。このグリッドは「ページ」と呼ばれるセクションに分かれており、ここにデータが格納される。ページ**はグループ化され、"ブロック "を形成しています。

SSDは可動部がないため、「ソリッドステート」と呼ばれています。

なぜ知っておく必要があるのでしょうか。SSDはブロック内の空のページにしか書き込めないからです。ハードディスクでは、基板上のどこにでもいつでもデータを書き込むことができるため、データの上書きが容易です。 SSDでは、1ページのデータを直接上書きすることができないため、データの上書きができません。ブロック内の空のページにしかデータを書き込めないのです。

では、ssdはデータ消去をどのように処理するのでしょうか？ブロック内の十分なページが未使用とマークされると、SSDはブロック全体のデータをメモリにコミットし、ブロック全体を消去した後、メモリ内のデータをブロックにコミットし直し、未使用のページは空のままにしておきます。なお、ブロックを削除しても、データが完全に消えるとは限りません。(SSDから安全にデータを削除する方法！)

つまり、SSDは時間が経つと遅くなるのです。

新しいSSDの場合、空白ページでいっぱいのブロックが搭載されています。SSDに新しいデータを書き込むと、すぐにその空白のページを超高速で書き込んでいきます。しかし、データをどんどん書き込んでいくと、空白ページがなくなり、残ったのはブロック内にランダムに散らばった未使用のページとなる。

SSDは個々のページを直接上書きすることができないため、その時点から新しいデータを書き込もうとすると、その都度SSDが必要となる。

1. "未使用 "と表示されているページが十分にあるブロックを探す
2. ブロックの中でまだ必要なページを記録する
3. ブロック内の各ページを白紙に戻す
4. 必要なページを新たにリセットしたブロックに書き換える
5. 残りのページを新しいデータで埋める

そのため、基本的には、新しいSSDからすべての空白ページを購入すると、ドライブが新しいデータを書き込もうとするたびに、このプロセスを経なければならなくなるのです。ほとんどのフラッシュメモリはこの仕組みになっています。

とはいえ、従来のハードディスクよりもはるかに高速であり、この速度向上はHDDではなくSSDを購入する価値があることは間違いありません。

ソリッドステートドライブのデメリット

ソリッドステートドライブの仕組みがわかったところで、その最大の欠点である、フラッシュメモリが死ぬまでにサポートできる書き込み回数に限りがあることも理解できます。

なぜこのようなことが起こるのか、科学的に説明することはたくさんありますが、SSDを使用する際には、各データセル内の電荷を定期的にリセットする必要があるということだけでよいでしょう。しかし、残念ながら、リセットのたびに各セルの抵抗がわずかに増加し、そのセルに書き込むのに必要な電圧も増加してしまう。やがて、必要な電圧が高くなり、特定のセルに書き込みができなくなる。

そのため、SSDのデータセルは書き込み回数に制限がある。ただし、SSDが長持ちしないわけではありませんよ。もっと詳しく知りたい方は、ハードディスク、SSD、フラッシュドライブの平均寿命についての記事もご覧ください。ソリッドステートドライブの仕組みについて、ご理解いただけましたでしょうか。