1: SSD の仕組み

1-1: SSD は直接データの上書きができない

まず SSD が、これまでの HDD とどう違うのかを解説します。
下の図は、SSD と HDD の内部構造を図で表したものです。

HDD は円盤状の磁気ディスクにデータを記録します。磁気ディスクは 「セクター」 という区画に分かれており、この 「セクター」 単位で読み書きをしています。(1 セクターは、従来の HDD では 512 バイト)

一方 SSD は、半導体であるフラッシュメモリーにデータを記録します。フラッシュメモリーは 「ページ」 という単位で読み書きします。(ページは製品によって異なりますが 4 KB 程度)

磁気ディスクは、すでにデータが書き込まれていても、上書きをすることで簡単にデータを書き込むことができます。
しかし、フラッシュメモリーは、すでにデータが記録されたページに上書きする場合、いったん消去してからでないと書き込むことができません。
さらに、この消去は読み・書きの単位であるページごとに行うことができず、より大きなブロック単位で消去する必要があります。(ブロックもページ同様、製品によって異なりますが、通常 64 ～ 128 ページに相当)

1-2: 上書き回数が増えると SSD の性能は低下

SSD が、あるページのデータを上書きする際、いったんブロック全体が消去されるので、周囲のページにある必要なデータも一緒に消えてしまいます。

そこで SSD は、まず書き込みたいページを含んだブロックのデータを読み込みます。次に読み込んだデータのうち、書き込もうとしているページのデータを、新しいデータにします。その後、消去が済んだブロックに、修正後のデータを書き戻します。この一連の作業を 「リード・モディファイ・ライト」 といいます。(下表参照)

このように、すでにデータが記録されている領域に新しいデータを上書きする場合、磁気ディスク (HDD) なら単純に 「ライト」 だけで済むのに対し、フラッシュメモリー (SSD) では 「リード・モディファイ・ライト」 という複雑な作業になります。このため、フラッシュメモリーを使う SSD は、空き領域が減少し、データを上書きする回数が増えてくると、新品の状態より、書き込み性能が低下していきます。

データ書き込み先	処理の単位	処理の方法	処理の詳細
未使用ページ	ページ単位	ライト (write)	未使用ページ (上図の黄枠) には、そのままデータを書き込む
使用済みページ (データの上書き)	ブロック単位	リード・モディファイ・ライト (read-modify-write)	使用済みページ (上図の青枠) には、そのまま上書きできない。 ブロック (上図の黒枠) 全体のデータを読み取り (リード) 上書きするページのデータを修正 (モディファイ) 消去済みのブロックに書き戻す (ライト) という複雑で時間のかかる処理を行う必要があります

データを上書きするために行われる 「リード・モディファイ・ライト」 は、処理工程が多いために時間がかかります。