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May 27, 2023

SSD の過熱とその対処法を理解する

Getty Images/iStockphoto ストレージ ベンダーは自社製品を「クール」であると位置づけたがりますが、実際にはストレージ ハードウェアが大量の熱を発生します。 SSD の熱が高すぎると、SSD が弱くなる可能性があります。

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ストレージ ベンダーは自社製品を「クール」であると位置づけたがりますが、実際にはストレージ ハードウェアが大量の熱を発生します。 SSD の熱が高すぎると、パフォーマンスと耐久性が低下する可能性があります。

SSD が過熱する理由はいくつかあります。 ヒートシンクは問題を軽減するための 1 つの方法にすぎません。

商用および民生用アプリケーションで一般的に使用される SSD のほとんどは、過熱の危険にさらされています。 SSD はさまざまな理由で熱くなることがあります。 根本的な問題は電気抵抗の特性であり、あらゆるエレクトロニクスに共通する問題です。 SSDも例外ではありません。

SSD にとって熱は必ずしも問題になるわけではありません。 シンプルで低パフォーマンスの SATA SSD などの以前の世代のテクノロジには、熱の問題はあまりありませんでした。 今日、SSD の過熱について話すとき、ほとんどの場合、NVMe インターフェイス仕様を使用する高性能 SSD のことを指します。 現在の高性能 NVMe SSD は、以前のものよりも高いデータ転送速度を提供します。 以前のものよりもはるかに優れた処理能力を備えています。 この追加の高密度ハードウェアとストレージ アクティビティの高速化により、熱が発生します。

暑いってどのくらい暑いの？ 一般的な民生用 NAND メモリ チップは、摂氏 0 度から摂氏 70 ～ 85 度 (華氏 158 ～ 185 度) の範囲の温度で機能します。 ヒートシンクがない場合、Gen3x4 SSD は、周囲温度が摂氏 25 度であると仮定すると、3 分以内に摂氏 70 度に達します。 Gen4x4 SSD は 40 秒で 70 度に達します。 チップが摂氏 70 度に達すると、問題が発生します。

PCIe テクノロジーの進化に伴い SSD が加速し、現在 Gen5 に向かうにつれて、この問題はより深刻になります。 SSD メーカーにとっての課題は、SSD コントローラーやその他のコンポーネントから発生する熱に対処しながら、パフォーマンスを向上し続けることです。

SSD が過熱する主な原因は電気抵抗です。 他の要因によって、この基本的な物理法則が悪化する可能性があります。 M.2 NVMe SSD は、数百万のプロセスを同時に実行できます。 これは SSD の世代ごとに増加します。

また、NAND フラッシュは単独では機能しません。 ドライブは通常、限られたプリント基板 (PCB) スペースに詰め込まれたコントローラー集積回路やその他の発熱電子機器を含むハードウェアに収容されます。 SSD は、チップごとに複数のダイ スタッキングを使用して設計される場合があります。 場合によっては、設計が両面になっており、スペース効率には優れていますが、内部の銅 PCB に対するサンドイッチ状の絶縁体として機能します。

空気の流れが制限されているエンクロージャに SSD が収容されている場合、熱の問題はさらに悪化します。 プラットフォームがファンレスの場合、冷却の課題はさらに複雑になります。 SSD を搭載したデバイスの周囲温度と、それが設置されている部屋の温度も、SSD の熱問題の原因となります。 これは、十分に冷却されたデータセンターではそれほど問題ではありませんが、マザーボード上の他のデバイスが熱を発生している高速 PC で SSD が実行されている場合、周囲環境は簡単に摂氏 50 度に達する可能性があります。 この温度では、ドライブはアイドル状態であっても熱制限を超える寸前です。

過熱すると、M.2 NVMe SSD のパフォーマンスが低下し、データ保持と耐久性に損傷を与えます。 SSD は、トランジスタのゲートに電子をトラップすることでデータを保持します。 SSD は電子の数を検出することで、デジタル データを構成する 0 と 1 を区別します。

過剰な熱により、ドライブの電荷トラップ/フローティング ゲート内の電子のエネルギーが増加し、電子が逃げやすくなり、ビット エラーの数が増加します。 ビットエラーが多すぎると、訂正不能なエラーが発生します。

さらに、SSD デバイスの動作中の温度変化は、ドライブが低温で書き込みを行うが高温で読み取りを行う「クロス温度」効果を引き起こす可能性もあります。 温度が低温から高温、または高温から低温に変化すると、しきい値電圧が大幅に変化し、フェイル ビットが発生します。