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🗂️ 3D NANDフラッシュメモリ

📘 概要

3D NANDは、不揮発・大容量・低コストを実現したストレージ用メモリ技術です。
従来の2D NANDでは微細化限界と信頼性問題が顕在化したため、垂直方向への積層構造（3D化）によりスケーリングが続けられています。

SSD、eMMC、UFSなどのストレージデバイスに搭載
データ保持期間が長く、リフレッシュ不要
エラー訂正や階層管理が不可欠なシステム設計要素も重視

🧱 構造と進化

              ┌───────────────┐
              │   コントローラ   │
              └───────────────┘
                │││││││││││
       ┌─────────────────────────┐
       │   多層セルアレイ（垂直積層） │ ← 64層〜500層超
       └─────────────────────────┘

Charge Trap / Floating Gate：電荷捕獲による不揮発記憶
TLC（Triple-Level Cell）/ QLC：1セルで2〜4ビット記憶（高密度化）
階層的アクセス管理：ページ・ブロック・ダイ単位で読み書き制御

📊 特性と比較

項目	3D NAND	MRAM	SRAM	DRAM
不揮発性	◎	◎	×	×
書換回数	△（10⁴〜10⁵）	◎	◎	◎
書換速度	×（µs〜ms）	◎	◎	○
容量	◎（TBクラス）	○	△	◎
面積効率	◎	△	△	◎

🧭 SoC設計との関係

通常は外部インタフェース（eMMC, UFS, NVMe）で接続
ファームウェアやログ保存などのコードストレージ領域として使用
書換回数制限のため、ウェアレベリング・ECC・キャッシュ制御が重要

📌 階層構成と設計観点

ブロック単位での消去 → 書換コスト高
ページ単位での書込み
コントローラがアドレス変換・エラー訂正（LDPCなど）・スケジューリングを担当
システムとしては「NANDの生メモリではなく、ファイルシステムとの一体設計」が必要

⚠️ 注意点と制約

書換え回数制限あり（TLC/QLCでは数千回〜数万回）
温度や電源変動によるデータ保持劣化
読み出し干渉（read disturb）やリテンション劣化への対策が必要

📚 教材的意義

メモリ構造だけでなく、制御系との連携が必要なメモリであることを理解
ストレージとロジックの階層分離と接続の重要性を示す好例
組込み用途でのeMMC/UFS評価、寿命設計にも通じる

🔗 関連章（参照）

mram.md：不揮発性を重視した他方式との比較
基礎編第6章：パッケージ信頼性、耐熱耐圧特性との関係
応用編第7章：書換劣化と自動検証技術