フラッシュメモリとは？

フラッシュメモリの意味

電気的に一括消去・再書込みができる不揮発性メモリ。書込み前にブロック単位の消去が必要で、書換え回数に上限がある。直接実行（XIP）に向くNOR型と、大容量・高速書込みに向くNAND型がある。

フラッシュメモリの具体例

プログラム格納にはランダム読出しが速いNOR型、データ蓄積には大容量なNAND型を使い分ける。

フラッシュメモリは試験でどう引っ掛けられる？

書込み単位（ページ）と消去単位（ブロック）が異なるため、少量の更新でもブロック消去が発生し得る。ウェアレベリングで書換えを分散させる。

フラッシュメモリと関連する用語

• ウェアレベリング
• eMMC

フラッシュメモリが出た過去問

• FeRAMの説明として、適切なものはどれか。

  正解：フラッシュメモリよりも書換え可能回数が多く、書換え速度も高速にできる。

  要点：FeRAMは不揮発でリフレッシュ不要、高速・高書換え耐性

  FeRAMは強誘電体の分極方向でデータを保持する不揮発性メモリで、電源を切っても内容が残り、リフレッシュも不要である。フラッシュメモリのように高電圧でブロック単位に消去する必要がなく、バイト単位に高速で書き換えられ、書換え可能回数も桁違いに多い。頻繁に書き換わる設定値やログの保存に向く。

  出典：平成28年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問13（IPA）

• SLC（Single-Level Cell）型と比較したとき、MLC（Multi-Level Cell）型のフラッシュメモリの優れている点はどれか。

  正解：1セル当たりの記憶容量が大きい。

  要点：MLCは大容量が利点、速度・耐久性・保持期間は劣る

  MLCは1つのセルに複数の電圧レベルを設けて2ビット以上を記録する方式なので、同じセル数でもSLCより大きな容量を実現でき、ビット単価を下げられる。その代わり電圧レベルの識別余裕が小さくなるため、書換え速度、書換え可能回数、データ保持期間といった信頼性の指標はいずれもSLCに劣る。用途に応じて使い分ける。

  出典：平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問3（IPA）

• MLC（Multi-Level Cell）フラッシュメモリの特徴として、適切なものはどれか。

  正解：一つのメモリセルに2ビット以上のデータを記憶する。

  要点：MLCは1セルに2ビット以上を記憶して大容量化する

  MLCフラッシュメモリは、1つのメモリセルに蓄える電荷量を多段階に制御し、しきい値電圧の違いで2ビット以上の情報を記憶する方式である。1セル1ビットのSLCに比べて同じ面積で大容量化・低コスト化できる反面、しきい値の余裕が小さく、書換え可能回数やデータ保持特性、読出し速度の面では劣る。

  出典：令和1年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問2（IPA）

• 15Mバイトのプログラムを圧縮して、フラッシュメモリに格納している。プログラムのサイズは圧縮によって元のサイズの40%になっている。フラッシュメモリから主記憶へ…

  正解：0.48

  要点：転送も展開も圧縮後サイズを基準に計算して加算する

  圧縮後のサイズは15Mバイトの40%で6Mバイトなので、転送には6÷20＝0.3秒かかる。展開は圧縮データ1Mバイト当たり0.03秒なので、6Mバイト分で0.18秒である。転送と展開は同時に行われないため単純に加算し、0.3＋0.18＝0.48秒となる。

  出典：令和1年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問5（IPA）

• 携帯機器に搭載されている補助記憶装置であるeMMCの説明として、適切なものはどれか。

  正解：マルチメディアカード規格を基に、BGAパッケージにフラッシュメモリ及びコントローラーを内蔵したストレージ

  要点：eMMCはMMC規格ベースでフラッシュと制御を一体化したBGA部品

  eMMCはMMC（マルチメディアカード）規格をベースに、NANDフラッシュメモリとその制御コントローラを1つのBGAパッケージへ封止し、基板に直接実装できるようにした組込み向けストレージである。ウェアレベリングやエラー訂正をコントローラ側が担うため、ホストは複雑なフラッシュ管理をしなくてよい。スマートフォンなど携帯機器の内蔵ストレージとして広く使われてきた。

  出典：令和4年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問9（IPA）