SSDの劣化が早すぎるようです。どうしてでしょうか？

NANDフラッシュストレージデバイスの出現以来、フラッシュの劣化は大きな注目を集めている問題です。この問題に対処するために、ほとんどのSSDメーカーはSelf-Monitoring and Reporting Technology（SMART：自己監視・分析・レポート技術）属性を組み込むことで、ドライブの想定耐用年数を基準にSSDの実際の使用量を追跡しています。通常、これは「残り耐用年数率」、または場合によっては「使用耐用年数率」を表す属性として記録されます。この属性を監視して、カウンタが耐用年数0%に近づき始めると、SSDの交換を検討するように推奨されます。しかし、SSDの残り耐用年数の間、このカウンタは何を意味するのでしょうか？残り耐用年数が90%、または50%とは何を意味するのでしょうか？

なぜ劣化インジケーターがあるのかを理解するには、SSDの劣化の原因を知ることが重要です。最も基本的なレベルでは、ファイルの保存など、データの書き込みによって劣化が発生します。NANDセルが書き込まれるたびに、少量の劣化が発生します。何度も書き込みを繰り返すと、最終的にはNANDセルが長期間データを保持する能力が低下します（SSDの想定耐用年数の終了時、ユーザーデータは電力が供給されていない状態でも約1年間保持できます）。
理解するのは簡単ですが、話はそこで終わりません。SSDの劣化とパフォーマンスは両方とも、ホストコンピューターからのIOアクティビティとして提示されるワークロードの性質、コンピューターに保存されている「静的」データの量（または空き領域の量）、およびデータの保存期間に依存します。これらの変数が変化すると、パフォーマンスが変化し、劣化のペースが変化します。

これには物理的な理由があります。NANDフラッシュストレージは、SSDエンジニアがページとブロックと呼ぶもので構成されています。NANDフラッシュのブロックには数百のページを含めることができ、ほとんどの構成では1ページに16kBのデータが含まれます。NANDブロックにデータが含まれている場合、新しいデータを現在のデータに単純に上書きすることはできません。ブロックは、新しいデータを受け取る準備ができるまでには、まず消去ステップを経る必要があります。ただし、NANDフラッシュは一度に1ページに書き込むことができますが、一度に消去できるのは1ブロックのみです。こうした複雑さのすべては、SSDファームウェアが保存されたデータの物理的な場所を常に管理し、ページとブロックを最も効率的に使用できるようにデータを再配置していることを意味します。この保存されているデータの追加の移動は、NANDフラッシュに物理的に書き込まれているデータの量が、ホストコンピューターからSSDに渡されるデータの量の数倍になることを意味します。

エンジニアは、ホストコンピューターからSSDに書き込まれるデータ量と比較した、NANDフラッシュに書き込まれるデータ量の比率を書き込み増幅率（WAF）という用語を使用して表します。完璧で理想的なストレージシステムでは、WAFはちょうど1.0になります。WindowsやMacOSなどのデスクトップオペレーティングシステムに使用される実際のSSDでは、一般的なWAFは2～4の範囲になります。これは、ホストコンピューターのみによってデータが書き込まれる場合に予想される量よりも2～4倍多くのデータがSSDに書き込まれることを意味します。

悪く聞こえますが、SSDエンジニアはSSDとSSDファームウェアを設計する際に、この追加の書き込みワークロードを考慮します。WAFがこの範囲であれば、そのSSDの耐用年数は十分な長さになります。

最高のSSD設計にもかかわらず、WAFが予想値または代表値よりも高くなる場合があります。繰り返しになりますが、これはワークロードに大きく依存します。ほとんどのデスクトップユーザーの場合、ワークロードは時間の経過とともに大きく変化します。ワークロードが多い場合もあれば、非常に少ない場合もあります。WAFの上昇を引き起こす可能性のあるいくつかの状態を次に示します。

• ドライブが一杯、またはほぼ一杯になると、新しいデータを受け取るための空き領域を必ず確保するために、バックグラウンド動作が非常に激しくなります。ドライブが一杯になっても毎日のワークロードが依然として高いままであるために劣化の増加が懸念される場合は、可能な場合は未使用のスペースを残しておくと役に立つ場合があります。また、SSDが大きいほど、同じワークロードでの劣化は比例して少なくなります。ワークロードと動作条件が同じであれば、1000GBのドライブは500GBのドライブの2倍長持ちします。
  
• ファイル転送が少ないと、WAFが高くなることがあります。画像ファイルやテキストドキュメントなどの小さなファイルを多数コピー、削除、操作する頻度が高いと、WAFが増加することがあります。これは、各ファイルがNANDブロックのほんの一部にすぎないため、これらの小さなデータ構造はSSDファームウェアによって集約され、移動される可能性が高いためです。ビデオファイルなどの大きなファイルは、ブロック全体を埋めることができるため、移動の頻度は少なくなります。
  

WAFを左右する要素の多くはオペレーティングシステムやファイルシステム内に埋め込まれていますが、ユーザー入力に基づいて変更できるアイテムがいくつかあります。

• SSDは、小規模でランダムなワークロードよりも、大規模で連続的なワークロードを好みます。実際には、このことは、頻繁に削除または変更される多数の小さなファイルよりも大きなファイルを好むことを意味します。
  
• 未使用のスペースをいくらか残しておくと、SSDが保存されたデータを効率的に管理するのに非常に役立ちます。SSDの使用率が90%以上になった場合は、未使用のファイルを削除するか、より大きなSSDの使用を検討することをお勧めします。
  
• 通常、大規模なRAIDアレイで消費者グレードのSSDを使用することは推奨されませんが、そのようなハードウェアRAID展開が望ましい場合は、大きな転送サイズが推奨されます。正確な展開はユーザーの裁量に任されますが、適切な経験則としては、アレイ内の物理ドライブの数の128kB倍の転送サイズを使用することです。PC内の小規模なソフトウェアベースのRAID展開では、通常、このような計算は必要ありません。
  

Windows® 10はSSDを効率的に動作させるように設計されていますが、エンドユーザーはこのプロセスを支援できます。TRIMは、SSDのバックグラウンド動作を効率的に実行できるようにする重要な機能で、上記で説明したWAFを最小限に抑えることができます。WindowsはTRIMを定期的に実行しますが、展開によってはあまり頻繁に実行されない場合があります。ユーザーは、次のようにWindowsのドライブ最適化機能を実行することで、TRIMを頻繁に実行することができます。

まず、My PCのウィンドウを開いて、SSDドライブを右クリックし、[プロパティ]を選択します（下図参照）。

[プロパティ]ウィンドウを開いた状態で、[ツール]タブを選択してから、[最適化]をクリックします。

[最適化]メニューが下に示されます。ユーザーはいつでも[最適化]をクリックしてTRIM 機能を実行できます。このメニューには、ユーザーが決定したスケジュールでTRIMを実行する、スケジュールされた最適化を{オンにする]オプションもあります。

最後に、スケジュールウィンドウで、[スケジュールに従って実行する]のチェックボックスを選択してから、[選択]をクリックして、対象のSSDを選択することができます。

これは、SSDのパフォーマンスの一貫性を維持するのに役立つはずで、NANDフラッシュの劣化を最小限に抑えるのに有効です。