次世代不揮発性メモリ（MRAM・ReRAM・相変化メモリ）とは？じせだいふきはつせいめもり

背景

記憶階層は長く二つに割れていた。主記憶は速い代わりに電源が切れれば消え、保持のための電力も要る。補助記憶は消えない代わりに遅く、書き換えはブロック単位でしか行えない。この断絶があるために、システムは電源断に備えてわざわざ書き出す処理を挟み、起動のたびに読み戻す設計を強いられてきた。両者の性質を一つの素子で満たせれば、その前提ごと組み直せるという期待がこれらの方式を後押ししている。

具体例

MRAMはEverspin Technologiesが製品化しており、産業機器で電源断時のログ保持などに使われている。相変化系ではIntelがOptaneとして主記憶と補助記憶の中間に置く製品を出し、OSのファイル入出力を経由せずメモリ空間へ直接置くストレージクラスメモリという使い方が示された。

試験での引っ掛け

「不揮発だから障害対策は不要」と読ませる選択肢が誤り。CPUキャッシュに残ったまま電源が落ちたデータは書き込まれておらず、どこまで確定したかを保証する仕組みは別に要る。またコスト面ではまだDRAMやNAND型フラッシュに及ばず、これらを全面的に置き換える段階ではなく、用途を限って使われている点も押さえる。

関連用語

• フラッシュメモリとウェアレベリング
• DRAMとSRAM
• 階層型ストレージ管理（HSM）
• フリップフロップ（RS・D・T・JK）
• 光ディスク（CD・DVD・Blu-ray）
• 揮発性メモリ・不揮発性メモリ
• PCM
• リフレッシュ
• FPGAとASIC
• NAND・NORゲートと論理式の簡略化
• クロック周波数とCPI
• MIPS・FLOPSと命令ミックス
• キャッシュの置換アルゴリズム（LRU・FIFO・LFU）
• キャッシュコヒーレンシとMESIプロトコル
• ROMの種類（マスクROM・EPROM・EEPROM）
• ストレージインタフェース（SATA・SAS・NVMe）
• 周辺機器インタフェース（USB・HDMI・Bluetooth）
• ディスプレイ方式（液晶・有機EL）
• プリンタの方式（レーザ・インクジェット・3Dプリンタ）
• ハードウェア記述言語（HDL）

出た過去問

• 出典：平成30年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問10（IPA）

  相変化メモリの説明として，適切なものはどれか。

  正解：結晶状態と非結晶状態の違いを利用して情報を記憶する不揮発性メモリ

  要点：相変化メモリは結晶・非結晶の抵抗差で記憶する不揮発性メモリ。

  相変化メモリ（PRAM／PCM）は、カルコゲナイド系材料が結晶状態と非結晶（アモルファス）状態とで電気抵抗が大きく異なる性質を利用して情報を記憶する。電源を切っても状態が保たれる不揮発性メモリであり、書換え可能でリフレッシュも不要である。書換え可能な光ディスクと同じ相変化の原理を電気抵抗の読取りに応用したものである。

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