伝わる、カタチ。 M.2 NGFF SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ組み込みSSDの新世代フォームファクターM.2 スマートフォンやタブレット PC の LTE 高速データ通信を支える ICT 情報機器や通信インフラ設備では、サーバストレージとして一般的に SSD を使用しています。従来は、高速レスポンスやデータ信頼性向上を狙った IO 並列化や分散ストレージ化による、ターミナルストレージとしての利用がほとんどでしたが、最近では、オンラインストレージやニアラインストレージとしての利用も増えています。また、SSD はスマートフォンやタブレット PC 自体にも搭載され、高速起動やバッテリ節約を可能としています。このため、より小型化、薄型化、軽量化が進展するとともに、多種多様なシステムインタフェースに対応した “ 組み込みやすい ”SSD が登場しています。中でも、SSD の次世代フォームファクター（Next Generation Form Factor）として期待されているのが、今回開発した M.2 SSD です。 01 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ小型・薄型タイプで多種多様なインタフェースへ拡張が可能 M.2 とは、Serial ATA International Organization（SATA-IO）が策定した、シリアルATA SSDの新規格です。既存のmSATA SSDに比較して約65％の小型化、薄型化が図られています（Type 2242-D2の場合：図1）。また、SATA、PCI Express、USB、SD、Display Port、I2C、UARTなど、多種多様なインタフェースへ拡張が可能なため（図2）、様々な機器への組み込みが容易です。 □ 図1 mSATA、M.2サイズ比較 29.85±0.15 42.00 50.80±0.15 22.00 mSATA 51×30×4.85 mm M.2 (Type 2242-D2-B-M) 42×22×2.75 mm □ 図2 M.2対応インタフェース（SNG4Aシリーズは、Key ID B、Mに対応） Key ID A B C D E F G H J K L M Pin Location 8-15 12-19 16-23 20-27 24-31 28-35 39-46 43-50 47-54 51-58 55-62 59-66 Key Definition Connectivity Version A-SD WWAN / SSD / Others / Primary key Not Assigned Not Assigned Connectivity Version A-SD Not Assigned Future Memory Interface Not Assigned Not Assigned Not Assigned H S I Key for WWAN Solutions SSD 4 Lane PCle 02 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ SSDのデータ信頼性および寿命性能向上のために ICT 情報機器やインフラ設備に使用されるSSD には、高いデータ信頼性が求められます。しかし、SSD 内に搭載されているNAND 型フラッシュメモリは、多額の設備投資を背景にプロセスが急激に微細化されており、データ信頼性は低下しています（図3）。例えば、MLC 5xn 世代では要求されるエラー訂正能力が8bit ECC だったのに対し、2xn 世代では30bit ECC、1xn 世代では40bit ECC が必要に。書き換え可能回数も、10k 回から3k 回に下がっています。このため、TDK は、SSD コントローラGBDriver RS4（写真1）を新規に開発。将来のフラッシュメモリにも余裕をもって対応できるよう、HW（ハードウェア）およびFW（ファームウェア）仕様を最適化しました。 □ 図3 NAND型フラッシュメモリ：プロセス別書き換え回数と要求ECC Times 40 100,000 bit 8 SLC 24 10,000 SLC MLC 16 Required ECC P/E Endurance 32 0 1,000 Process Rule Year 9xn 2006　7xn 2007 6xn 2008 5xn 4xn 2009 2010 3xn 2011 2xn 1xn 1yn 2012 2013 2014 MLC □ 写真1 SSDコントローラ GBDriver RS4 2.5inch SATA Interface I/O voltage Flash Memory 3.0Gbps or 1.5Gbps GBDriver RS4 Flash Memory Flash Memory Flash Memory Clock 03 I/O voltage Regulator Core voltage VCC(+5V) RESET SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ TDK M.2 SNG4Aシリーズの高信頼性機能：エンハンストECC 今回、開発した、TDK M.2 SNG4A シリーズは、エラー訂正能力を大幅に強化。71bit/1KByte（BCH）を実装しており、業界最高レベルのデータ信頼性を実現しています。さらに、MLC フラッシュ使用時のオプションとしてエンハンストECC 機能を搭載。71bit/512Byte のエラー訂正が可能です。 □ 通常のECC（エラー訂正）機能とエンハンストECCとの比較（イメージ）【通常のECC 】冗長領域のみをECCに利用する。［冗長領域］ HOST SDG4Aシリーズ Write Read ［データ領域］ G B D r i ve r RS 4 NAND型フラッシュメモリ 1KByte 71bit ECC 【エンハンスト ECC 】データ領域の一部も利用し、より強力なエラー訂正を行なう。 HOST ［冗長領域］ SDG4Aシリーズ Write Read ［データ領域］ G B D r i ve r RS 4 NAND型フラッシュメモリ 512Byte 512Byte 71bit ECC 71bit ECC ［データ領域の一部］ 04 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ TDK M.2 SNG4Aシリーズの高信頼性機能：リードリトライ機能エンハンスト ECC は強力なエラー訂正機能ですが、ECC に依存するとビットエラーが累積し、ECC 能力を超えるエラーとなる危険性があります。このため、SNG4A シリーズはリードリトライ機能を装備しています。これは、ビットエラー検出時に再度、新しい電圧閾値パラメータで読み込みを行うことで、正しいデータを読み出す機能です。フローティングゲートの電位変動読み出し電圧を変更ビットエラー発生 1.ECCエラー発生 2.読み出し電圧を変更 Retry 3.ECCエラーなし OK TDK M.2 SNG4Aシリーズの高信頼性機能：オートリフレッシュ機能エンハンストECC、リードリトライ機能は共に、データを読み出しながら、エラー訂正あるいは再読み出しを行います。しかし、実際のメモリ上ではビットエラーが発生し始めている可能性があります。オートリフレッシュ機能は、システムアクセスがない時点で、自動で内部データの更新を行って正しいデータに戻す機能です。 Block 0 定期的に全ブロックを読み出しECCチェック訂正可能ビットエラー検出 Block xxx エラー訂正を行いビットエラー修復定期的に全領域のデータをチェックします。ビットエラーが累積し訂正不能になる前にデータを修復しエラーの発生を未然に防ぎます。 05 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ TDK M.2 SNG4Aシリーズの高信頼性機能：データランダマイザデータ書き込み時に、あらかじめデータエラーが発生しないようデータパターンをランダマイズして書き込むデータランダマイザ機能を実装しています。ECC に依存しないデータ信頼性を提供します。【書き込むべきデータ】【実際にNANDに書き込まれる状態（例）】 0 0 0 0 0 0 読み出し時： 0 0 0 0 0 0 ランダマイズしたデータを復号化して読み出し 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 書き込み時： 0 0 1 0 1 0 データをランダマイズして書き込み 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 □ データランダマイザ機能ON／OFFでのリードエラー発生比較 16KB/Page Multi-Level Cell NAND (19nm) READ回数～1,000回 50 Bit Error/1KByte 40 ～50万回 Required ECC 40bit/1KByte ～100万回～200万回～500万回　～1,000万回　～2,00 ECCエラー 30 20 赤線：Randomizer OFF 青線：Randomizer ON TEST1：フラッシュメモリ全領域に、①１回、②１０００回、③２０００回、④３０００回、 PROGRAM/ERASEを実行する。 ①～④のフラッシュメモリを各１０００回READを実行し、ECCにより、エラービット数を確認する。 10 TEST2： TEST1 ④のフラッシュメモリは、１０００回以降もREADを続行し、１０００万回までのエラービット数を確認する。 0 1 1,000 2,000 3,000 PROGRAM／ERASE 回数データランダマイザ機能は、特に、寿命到達間近のフラッシュメモリのデータ信頼性を格段に向上します。 06 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ TDK M.2 SNG4Aシリーズの寿命性能：NCQ＋ATA Trim機能 NCQ とは、Native Command Queuing の略で、SSD を高速化するための技術です。NCQ の使用により、複数コマンドを連続で受け取り実行が可能で、コマンド実行順の入れ替えも同時に行うため、書き換え回数節約につながります。また、ATA Trim 対応により、削除済みファイルやゴミデータの一括完全削除も可能に。空き容量が増えるため、SSD の長寿命化が図れます。 □ NCQ/Trim概念図 OFF時（Write時） OFF時（Read時）２４５ 1 ６３ Page0 Page1 Page2 Page3 Page4 Page5 Page6 Page7 Page8 Page9 Page10 Page11 Page12 0 4 1 2 3 8 12 5 9 13 6 10 7 11 16 17 14 18 15 20 21 22 24 28 25 26 19 23 27 各WRITEコマンドにおいて指定されたデータサイズにしたがってページ単位で書き込みを実施。（このとき、ページ内でデータ量が不足する部分はPadding Dataで補う） 6回のWRITEコマンドの発行により、12ページが消費される。他、無効データやゴミデータで、不要なページが消費される。 ON時（Write時）２ 1 ５６ 14 15 16 17 18 ２ 5 6 7 8 9 10 ３ 23 24 25 26 27 28 ４ 12 13 ５ 0 1 2 3 4 ６ 19 20 21 22 11 ON時（Read時）３４ 1 Page0 Page1 Page2 Page3 Page4 Page5 Page6 Page7 0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17 21 25 2 6 10 14 18 22 26 3 7 11 15 19 23 27 WRITEコマンドをまとめて受信。WRITEコマンドにおけるデータサイズを考慮してページ単位で書込みを実施。（このとき、データの並び順が前後している場合は並べ替えも実施） 6回のWRITEコマンドの発行により、8ページが消費される。よって、NCQ OFFの場合に比べて、書込みページ数が少なくて済む分だけ高速化と長寿命化が実現できる。 Trimコマンド発行により、空き領域を確保でき長寿命化が実現できる。 07 1 0 1 2 3 4 ２ 5 6 7 8 9 ３ 12 13 ４ 14 15 16 17 18 ５ 19 20 21 22 ６ 23 24 25 26 27 10 28 11 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ TDK M.2 SNG4Aシリーズの寿命性能：TDK Smart Swap TDK 高度書き換え分散アルゴリズム「TDK Smart Swap」により、OS 等の固定領域を含め、書き換えを分散します。フラッシュメモリ寿命を最大限に活用できるため、SSD 寿命を大幅に向上しています。このため、SNG4A シリーズは、例えば、8GB の場合、毎秒2.5 回の書き換えが発生した場合でも、10 年の使用が見込めます。 □ 全領域スタティック・ウェアレベリング (“TDK Smart Swap”) の概念図置き換え領域リードオンリー領域 OS 未使用ダイナミック・ウェアレベリング書き換え回数差が大きい領域はスタティック・ウェアレベリング書き換え回数差が小さい領域はダイナミック・ウェアレベリング * Swap対象外とするカスタム設定も可能です（LBAにて設定）。スタティック・ウェアレベリング（Smart Swap）リードオンリー領域* 置き換え領域例えば、Windows 8 EmbeddedのEWF機能と併用することで、未使用 OSの不要な移動を回避することができます。 □ TDK Smart Swap効果 TDK Smart Swap Block2047 WITHOUT TDK Smart Swap Block1023 Block0 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 11,000 Smart Swapなしの場合（赤）、特定ブロックに書き換えが集中する。Smart Swapありの場合（青）、赤表示部が10kに到達しても、1～2kに留まる。 □ 書き換え寿命目安容量標準品番書き換え寿命目安（単位：百万回）お客様機器のご使用年数別、　許容アクセス回数/秒（24時間365日稼動の場合） 1年 5年 10年 8GB SNG4A08GXBBCS-SSA 788 24.99 5.00 2.50 16GB SNG4A16GXDBCS-SSA 1,576 49.97 9.99 5.00 32GB SNG4A32GXDBCS-SSA 3,152 99.95 19.99 9.99 64GB SNG4A64GXDBCS-SSA 6,304 199.90 39.98 19.99 08 SATA 3Gbps M.2 SNG4A シリーズ □ 主な特長 1 HW・FWとも完全自社設計、国産SSDコントローラGBDriver RS4搭載。 2 高速・高耐久、国産SLC NAND型フラッシュメモリ搭載。 3 Serial ATA Standand Rev.2.6（Gen 1: 1.5Gbps/Gen2: 3.0Gbps）対応。 4 30bit, 71bit/1KByte ECC（BCH）搭載。エンハンストECCモードでは、 71bit/512Byte。リード系信頼性を向上（エンハンストECC機能、リードリトライ機能や 5 オートリフレッシュ機能搭載）。 6 ライト系信頼性を向上（データランダマイザ機能、電源遮断時の書き戻し機能搭載）。 7 寿命性能を向上（TDK Global Staticウェアレべリング機能 “TDK Smart Swap”搭載、寿命診断ソフトTDK SMART付属）。 8 セキュリティー機能を向上（ATA標準パスワードロック機能、AES暗号化機能や ATA Trimコマンド対応による完全データ消去機能搭載）。 □形状・寸法搭載フラッシュメモリ SLC（2値）NAND型フラッシュメモリ（8KB/Page）搭載コントローラ TDK GBDriver RS4 インタフェース Serial ATA Revision 2.6 転送モード SATA Gen1: 1.5Gbps, Gen2: 3.0bps 転送速度*　Read (max.) 215MByte/sec Φ６ GND PAD FULL R 42.00 M.2 Type 2242-D2-B-M (8GB～32GB） M.2 Type 2242-D5-B-M (64GB) 1.00 8GB/16GB/32GB/64GB 形状 2.00 SNG4Aシリーズ容量 3.50 型番 22.00 Φ5.50 GND PAD Φ3.50 4.00 □仕様 2 x R0.50 エラー訂正機能（ECC）電源電圧 30bit, 71bit/1KByte （エンハンストECCモードでは、71bit/512Byte) 3.3V±5% 動作周囲温度 0 to +70℃ 保存周囲温度 -25 to +85℃ 保存/動作湿度 0 to 90(%) RH [但し結露しないこと] 準拠規格 CE/FCC/VCCI 環境仕様 RoHS対応 PIN2 PIN1 PIN75 1.20 1.20 6.125 5,625 1.35MAX. 18.50 D2 PIN74 1.50MAX. 1.35MAX. D5 2.50 Write (max.) 95MByte/sec 1.50MAX. 19.85 * 4chモード時、CrystalDiskMark 3.0にて測定。お客様の実際の使用環境・条件によっては速度が異なる場合もございます。 Dimensions in mm 09 0.80 0.80 2014.05.09