どちらも同じ不揮発性メモリ(電源を落としてもデータが保存される記憶装置)ですが、両者の違いは何なのでしょうか。
EEPROMとは
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)は、電気的にデータの書き換えと消去が可能な不揮発性メモリです。電源を切っても記憶内容が保持されるため、様々な電子機器で設定情報や調整値、あるいは少量ながら重要なデータの保存に利用されています。
従来のROM(Read-Only Memory)は、製造時に一度だけデータを書き込むことができ、後から内容を変更することはできませんでした。また、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)は、紫外線を照射することでデータを消去し、再書き込みが可能でしたが、装置から取り外して特別な環境を用意する必要がありました。これに対し、EEPROMは電気的な操作のみでデータの書き換えや消去が行えるため、機器に搭載したまま柔軟なデータ管理が可能です。
EEPROMの内部構造は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を基本としたメモリセルが格子状に配置されています。各メモリセルは、フローティングゲートと呼ばれる特殊な構造を持ち、ここに電荷を蓄積したり放出したりすることで、データの「0」と「1」を表現します。電気的な書き込み時には、高い電圧を印加することで電荷をフローティングゲートに注入し、データを記録します。消去時には、逆方向の電圧を印加することで蓄積された電荷を放出し、初期状態に戻します。
EEPROMの書き換え回数には、一般的に上限があります。これは、書き換え動作に伴う微細な劣化が累積するためです。しかし、近年のEEPROM技術の進歩により、数万回から数十万回程度の書き換えが可能となっており、多くの用途において十分な耐久性が確保されています。
EEPROMは、その不揮発性、電気的な書き換え・消去の容易さから、マイコンのプログラム保存、家電製品の設定記憶、自動車のECU(Electronic Control Unit)、産業機器のパラメータ保存など、幅広い分野で活用されています。例えば、パソコンのBIOS(Basic Input/Output System)や、スマートフォンのファームウェアなどもEEPROMに保存されています。
フラッシュメモリとは
フラッシュメモリは、電気的にデータの書き換えと消去が可能な不揮発性メモリです。これは、電源を切ってもデータが保持されるという重要な特性を持ちます。従来の記憶媒体とは異なり、機械的な動作部品を持たないため、小型で軽量、かつ衝撃に強いという利点があります。また、データの読み書き速度が速く、低消費電力であることも特徴として挙げられます。
フラッシュメモリの基本的な構造は、トランジスタに似たメモリセルが集積されています。各メモリセルは、電荷を蓄積するフローティングゲートと呼ばれる部分を持ち、このゲートに電子があるかないかによって0と1の情報を記憶します。データの書き込みは、高い電圧をかけることで電子をフローティングゲートに注入する仕組みで行われ、消去は逆に電子を引き抜くことで実現されます。読み出しの際には、フローティングゲートの電子の有無によって電流の流れ方が変化することを利用して、記憶された情報を判別します。
フラッシュメモリには、主にNAND型とNOR型の2種類が存在します。NAND型は、メモリセルを直列に接続することで高集積化が可能であり、大容量のデータを効率的に扱えるため、SSD(ソリッドステートドライブ)やUSBメモリ、SDカードなどに広く利用されています。一方、NOR型は、メモリセルを並列に接続することで高速な読み出しが可能であり、プログラムの直接実行などに適しているため、一部の組み込み機器などで用いられています。
フラッシュメモリの登場と進化は、デジタル機器の発展に大きく貢献しました。デジタルカメラやスマートフォン、携帯音楽プレーヤーなどの小型化、大容量化、高速化を実現し、私たちの生活に欠かせないものとなっています。近年では、3次元実装技術(3D NAND)の進展により、さらなる大容量化と低コスト化が進んでおり、その応用範囲はますます広がっています。
ただし、フラッシュメモリには書き換え回数に上限があるという特性も存在します。しかし、コントローラによるウェアレベリング技術など、寿命を延ばすための様々な工夫が施されています。このように、フラッシュメモリは、その優れた特性と技術革新によって、現代の情報社会を支える重要な基盤技術の一つと言えるでしょう。
違いは消去できるデータの大きさ
高速で大容量データの読み出し保存を必要とするフラッシュメモリは、ブロック単位でデータを消去するのに対して、eepromは1バイト~数百バイト単位でデータを消去できます。
フラッシュメモリは、EEPROMの一種として開発されましたが、複数の大きなデータを読み出し保存ができるように設計されたフラッシュメモリは、大きな消去ブロックが高密度に配置されているため、高速で大容量のデータを読み出し保存できます。
そのため、ブロックのサイズは通常、数キロバイトから数メガバイトとEEPROMのバイト単位に比べて非常に大きく、一度に大量のデータを効率的に書き込むのに適しているので、デジタルカメラの記録メディアやUSBメモリ、SSD(ソリッドステートドライブ)などの大容量ストレージに使われています。
反対にEEPROMは小さな消去ブロックが低密度に配置されているので、フラッシュメモリに比べてデータの読み出し保存の速度が遅く、物理的に同じ大きさのフラッシュメモリと比べて保存できるデータ容量が小さいです。
そのため、バイト単位でデータの書き換えができ、必要な部分だけをピンポイントで書き換えられるという利点を活かして、小さなデータを更新する用途に適しています。例えば、センサーのキャリブレーションデータや設定情報などです。
以前のeepromは1バイト単位でしか操作できず速度も遅かったのですが、最近では操作できるバイト数が増えたり、書き込みの上限も数百万回まで増えたりたりと性能が上がっているようです。
EEPROMとフラッシュメモリの構造的な違い
構造的な違いとしては、EEPROMは各メモリセルが個別に制御できるため、バイト単位での書き換えが可能ですが、集積度を高めるのが難しいという側面があります。これに対し、フラッシュメモリは、メモリセルを直列に接続することで高集積化を実現し、大容量化と低コスト化を可能にしています。ただし、ブロック単位でしか消去・書き込みができないため、小さなデータの頻繁な更新には不向きです。
書き換え速度にも違いがあります。一般的に、フラッシュメモリはブロック単位で高速にデータの読み書きができるため、EEPROMよりも高速なデータ転送に適しています。
耐久性においては、最新のEEPROMは、書き換え寿命の点でフラッシュメモリよりも優れている場合もあります。EEPROMは、特定の産業用途でより高いデータ保持能力を示すこともあります。
このように、EEPROMとフラッシュメモリは、どちらも不揮発性メモリでありながら、データの書き換え単位、速度、集積度、コスト、得意とする用途に違いがあります。EEPROMは、少量データの頻繁な更新や高い柔軟性が求められる用途に、フラッシュメモリは大容量データの高速な読み書きや保存に適していると言えるでしょう。
以上、eepromとフラッシュメモリの違いについての簡単な解説でした。