EEPROM / Flash

EEPROMとフラッシュメモリの違いと仕組み

EEPROMおよびフラッシュメモリは、 現代のコンピュータや組み込み機器において不可欠な不揮発性メモリです。

設定情報の保存からSSDによる大容量ストレージまで、 その用途は非常に幅広く、 内部構造や特性を理解することは重要です。

本記事では、 EEPROMとフラッシュメモリの仕組み、違い、内部構造、 さらにはNAND/NORの特性まで詳細に解説します。

EEPROMとは何か

EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM）は、

電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ

です。

特徴：

• バイト単位で書き換え可能
• 電源を切ってもデータ保持
• 比較的低速

主な用途：

• 設定情報（設定値・キャリブレーションデータ）
• マイコン内部メモリ

フラッシュメモリとは何か

フラッシュメモリは、 EEPROMを高速・大容量化した派生技術です。

特徴：

• ブロック単位で消去
• 高速読み出し
• 高密度・低コスト

主な用途：

• SSD
• USBメモリ
• SDカード
• BIOS / UEFI

内部構造（フローティングゲート）

EEPROMおよびフラッシュメモリは、 フローティングゲートトランジスタ を使用します。

構造：

• 制御ゲート（Control Gate）
• 浮遊ゲート（Floating Gate）
• 絶縁層

電子を浮遊ゲートに閉じ込めることで、 データを保持します。

この電荷は絶縁されているため、 電源を切っても保持されます。

書き込みと消去の原理

書き込み（プログラム）

高電圧をかけ、 電子をフローティングゲートに注入します。

これにより、 トランジスタのしきい値電圧が変化します。

消去（Erase）

逆方向に電圧をかけ、 電子を放出させます。

これにより、 元の状態に戻ります。

EEPROMとフラッシュの違い

項目	EEPROM	フラッシュメモリ
書き換え単位	バイト	ブロック
速度	低速	高速
容量	小容量	大容量
用途	設定保存	ストレージ

NAND型とNOR型

NORフラッシュ

特徴：

• ランダムアクセスが可能
• コード実行に適する（XIP）
• 低密度

用途：

• ファームウェア
• 組み込みシステム

NANDフラッシュ

特徴：

• 高密度・低コスト
• 高速書き込み
• シーケンシャルアクセス

用途：

• SSD
• USBメモリ

セル構造とビット数

1セルに複数ビットを格納することで、 高密度化が進んでいます。

• SLC（1bit）
• MLC（2bit）
• TLC（3bit）
• QLC（4bit）

ビット数が増えるほど、

• 容量増加
• 耐久性低下
• 速度低下

という特性があります。

書き換え寿命と耐久性

フラッシュメモリは、 書き換え回数に制限があります。

• SLC：高耐久（数万〜10万回）
• TLC：数千回
• QLC：さらに低い

ウェアレベリング

寿命を延ばすために、 書き込みを均等に分散する技術です。

SSDでは必須の技術です。

ガーベジコレクション

不要データを整理し、 書き込み効率を維持する処理です。

SSDコントローラが自動で行います。

TRIMコマンド

OSからSSDへ不要ブロックを通知する仕組みです。

これにより、 書き込み性能が維持されます。

エラーとECC

フラッシュメモリは、 ビットエラーが発生しやすいです。

そのため、

ECC（誤り訂正）

が必須です。

3D NAND

セルを垂直方向に積層することで、 高密度化を実現しています。

従来の2D NANDの限界を突破する技術です。

性能特性

• 読み出しは高速
• 書き込みは遅い
• 消去はさらに遅い

特に、

ランダム書き込み性能が課題

です。

まとめ

EEPROMとフラッシュメモリは、 不揮発性メモリの中核技術です。

• EEPROM：細かい書き換えに適する
• フラッシュ：大容量ストレージ向け
• NAND/NORで用途が分かれる

さらに、

• 書き換え寿命
• ウェアレベリング
• ECC

といった特性を理解することで、 ストレージや組み込みシステムの設計が より深く理解できるようになります。

これらの技術は、 現代のコンピュータシステムの基盤を支える重要な要素です。