福田昭のストレージ通信 抵抗変化メモリの開発動向（2）：SanDiskが語る、コンピュータのメモリ階層 (1/2)

今回は、SanDiskが語る“メモリ階層”について紹介する。2000年頃と2010年頃のメモリ階層を比較してみるとともに、2020年頃のメモリ階層を予想する。

ストレージ・クラス・メモリを実現する次世代半導体メモリ技術

　半導体メモリの研究開発に関する国際学会「国際メモリワークショップ（IMW:International Memory Workshop）」のショートコース（2016年5月15日）から、SanDiskによる抵抗変化メモリ（ReRAM）の研究開発動向に関する講演概要をご紹介している。今回はシリーズの2回目に相当する。

　講演者はスタッフエンジニアのYangyin CHEN氏、講演タイトルは「ReRAM for SCM application」である。タイトルにあるSCMとはストレージ・クラス・メモリ（storage class memory）の略称で、性能的に外部記憶装置（ストレージ）と主記憶（メインメモリ）の間に位置するメモリとされる。ここで性能とは、メインメモリよりもコスト（記憶容量当たりのコスト）が低く、ストレージよりも高速であることを意味する。

　SCMは、次世代の半導体メモリに最も期待されている用途である。SCMの位置を占める次世代半導体メモリの候補は主に3つ。抵抗変化メモリ、磁気メモリ、相変化メモリである。いずれも不揮発性メモリであるとともに、大容量化を実現可能とされる。

　本シリーズの初回である前回は、半導体不揮発性メモリの開発史に関する講演パートをご紹介した。今回は、メモリ階層について講演したパートの概要をご報告する。

ノイマン型コンピュータのアーキテクチャ

　現代に至るまでコンピュータの標準となっているアーキテクチャは、ノイマン型（von Neumann）である。CPU（中央演算ユニット）で演算と制御の両方を担い、プログラムとデータをまとめてメインメモリ（主記憶）に格納しておくアーキテクチャだ。

ノイマン型（von Neumann）コンピュータのアーキテクチャ （クリックで拡大） 出典：SanDisk

　ノイマン型アーキテクチャでは、メインメモリの種類や技術などについては何も定義していない。実装技術はコアメモリ、真空管、トランジスタ、光メモリなど、「なんでもあり」である。またメモリ階層についても定義していない。

　メモリ技術は基本的に、アクセス時間と記憶容量の間でトレードオフがある。アクセス時間が短い（高速な）メモリは、記憶容量当たりのコストが高い。このため、高速で高価なメモリを最上層、低速で安価なメモリを最下層とするメモリ階層が生じる。