microSDカードはなぜ時間とともに遅くなるのか — そしてできることは何か

多くの人が「不良カードのせい」と考える性能低下は、実はほとんどの場合が正常な挙動です。

新品のときは速かったのに、1年後にはイライラするほど遅くなったmicroSDカードを使った経験があるなら、それは気のせいではありません。これはフラッシュストレージにおける実際に測定可能な挙動であり、有名ブランドのカードでも起こります。重要なポイントはこれです。ほとんどの場合、カードは「壊れている」のではありません。内部で以前よりも多くの処理をしているだけなのです。実際、現実の報告ではリムーバブルフラッシュ全体で信頼性の問題が増加しており、近年ではUSBフラッシュメモリの故障が300%以上増加していることが示されています。

この速度低下は、突然の物理的な損傷ではなく、フラッシュメモリが時間とともに自分自身を管理する仕組みによって引き起こされることがほとんどです。カード内部で何が起きているかを理解すると、なぜある用途では長く安定して使えるのに、別の用途では急激に性能が落ちるのかが見えてきます。

シンプルなイメージモデルが役に立ちます。

microSDカードを「倉庫」として考えてみましょう

microSDカードを、箱がぎっしり並んだ倉庫だと想像してください。1つひとつの箱がデータを表しています。棚がフラッシュメモリで、倉庫の管理者がカード内部のコントローラです。この管理者には厄介なルールがあります。一度棚に置いた箱は編集できないということです。内容が変わると、新しい箱を別の場所に置き、古い箱は「不要」としてマークされます。

これは例え話ではありません。NANDフラッシュは実際にこのように動作します。フラッシュメモリは同じ場所に上書きできません。すべての変更は、新しい場所への書き込みとして処理されます。

使い始めの頃、倉庫は空っぽです。どこにでもスペースがあり、新しい箱はすぐに配置されます。管理者はほとんど考える必要がなく、動作は軽快で高速に感じられます。

しかし時間が経つにつれて棚が埋まり、古い箱が積み重なります。ある棚には有効な箱と不要な箱が混在するようになります。すると管理者の仕事は増え、どの棚を掃除するか、どの箱を移動するか、新しい箱をどこに置くかを常に判断しなければなりません。この整理作業は裏側で行われますが、読み書き処理と競合します。ここでパフォーマンスが低下し始めます。

Flash Translation Layer が実際にしていること

カード内部のコントローラは、FTL（Flash Translation Layer）と呼ばれるファームウェアを使用しています。FTLの役割は、すべてのデータがフラッシュ内部のどこに存在しているかを管理することです。デバイス側は整然としたアドレスに書き込んでいるつもりでも、実際にはコントローラが書き込み先を振り分け、データを移動し、内部マップを更新し続けています。

書き込み回数が増えるほど、この内部マップは複雑になります。例外処理が増え、再割り当てブロックが増え、古いデータの管理も増えます。しかしこれらはOSには見えません。外から見るとカードは普通に動作しているように見えますが、内部では管理者がどんどん忙しくなっているのです。

ここで登場するのがガベージコレクションです。これはあだ名ではなく、正式な技術用語です。ガベージコレクションとは、不要な箱が多く含まれる棚を見つけ、必要な箱だけを別の場所に移動し、その棚を消去して再利用可能にする処理です。この掃除作業は不可欠ですが、時間と内部帯域を消費します。これが書き込み中に発生すると、待ち時間や引っかかり、速度低下として体感されます。

なぜ最新のカードは最初は速く、その後急に遅くなるのか

多くの最新microSDカードは「疑似SLCキャッシュ」という仕組みを使っています。一部の領域を一時的に高速なメモリとして扱い、短期的な書き込み速度を向上させます。使用初期は空き領域が十分にあるため、この仕組みは非常によく機能します。ベンチマーク結果は良好で、コピー速度も高速に感じられます。

しかしカードが埋まり、使用が進むにつれて、この高速キャッシュを維持することが難しくなります。きれいな棚が減り、コントローラはキャッシュの内容を遅い領域に書き戻すためにより多くの処理を行う必要があります。やがてキャッシュの恩恵は薄れ、実際の書き込み速度は大きく低下します。SLCとマルチビットフラッシュの違いが曖昧な場合は、SLCフラッシュとは何かを解説した記事が参考になります。

倉庫が小さくなったのではありません。毎回の納品で、まず建物の半分を整理しなければならなくなったのです。

容量がほぼ満杯のカードが遅くなる理由

カードがほぼ空のとき、コントローラには余裕があります。最もきれいな棚を選び、摩耗を分散させ、裏側で整理できます。しかし使用率が80〜90%になると、その余裕はなくなります。空き棚が減り、ガベージコレクションは緊急対応になり、内部データ移動が増え、書き込み増幅も増大します。単純な書き込み要求が、内部では読み取り・移動・消去・マップ更新の連鎖処理になります。

そのため、容量限界に近づくと急激な性能低下が起こります。これは偶然ではなく、構造上の問題です。

フォーマットが効く場合と効かない場合がある理由

クイックフォーマットはほとんど効果がありません。見かけ上のラベルを変えるだけで、内部の倉庫は乱れたままです。

一方、完全な上書きはコントローラにカード全体を処理させます。これにより深いクリーンアップが行われ、空きブロックプールが再構築され、内部マップが単純化される場合があります。その結果、新品に近い性能が戻ることもあります。ただし、すでに摩耗が進んでいる場合は改善は限定的です。フォーマットは整理はできますが、壊れた棚は修復できません。

そのため、完全上書きはリセットではなく、メンテナンスとして考えるべきです。

フラッシュメモリ内部の2種類の「老化」

使用による老化は書き込みによって進行します。書き込みと消去のたびにセルはわずかに劣化し、これが性能低下につながります。もしカードが一度書き込まれ、その後ハードウェア書き込み保護されていれば、この老化はほぼ停止します。内部状態は変化せず、安定したままです。

一方、時間による老化もあります。使っていなくてもセル内の電荷は徐々に失われます。熱はこれを加速します。これは性能ではなく、データ保持に影響します。書き込み保護されたカードは性能を保ちますが、長期保存では定期的なデータ更新が必要です。

ここで、コントローラレベルの書き込み保護は単なるセキュリティ機能以上の意味を持ちます。検証済みデータを書き込んだ後にカードをロックすることで、内部の無駄な処理を防ぎ、倉庫を「きれいな状態のまま固定」できます。ハードウェアレベルの書き込み保護に対応したNexcopyのmicroSD複製システムは、現場での一貫性を必要とする組織にとって実用的な手段です。

なぜ熱がすべてを悪化させるのか

温度はあらゆる要因を増幅させる存在です。高温は電荷漏れを加速し、エラー訂正負荷を増やし、コントローラの速度制限を引き起こすことがあります。車載機器やドライブレコーダー、産業機器、屋外設置機器などでは、カードの実温度は周囲温度よりはるかに高くなる場合があります。

アリゾナのダッシュボード上に置かれたデバイス内のmicroSDカードは、涼しい室内環境で使用される同じカードよりも早く劣化し、保持期間が短くなり、挙動も不安定になります。これはブランドの問題ではなく、物理現象です。

性能低下に対して実際にできること

フラッシュメモリの老化を止めることはできませんし、性能低下を永遠に防ぐこともできません。ただし、発生する速度や影響の大きさをコントロールすることは可能です。

• 常に満杯近くで使わず、余裕を持たせる。
• 可能であれば、小さなランダム書き込みが大量に発生する用途を避ける。
• 用途に応じて高耐久タイプのカードを選ぶ。
• 再利用するカードには定期的に完全上書きを行う。
• 高温環境では消耗品として計画的に交換する。
• データ確定後はハードウェア書き込み保護で不要な内部処理を防ぐ。

なぜmicroSDカードは時間とともに遅くなるのか — そして先回りする方法

microSDカードが遅くなるのは、安物だからでも不良品だからでもありません。内部の倉庫管理がますます難しくなるためです。コントローラは掃除や移動、管理により多くの時間を使い、データ提供に使える時間が減っていきます。

このモデルを理解すれば、挙動はもはや謎ではなくなります。なぜ長く安定するカードがあるのか、なぜ負荷の高い用途では急速に劣化するのか、なぜ空き容量の確保や書き込み管理、書き込み保護の活用が大きな差を生むのかが見えてきます。

この小さなカードの中の技術は想像以上に複雑です。しかし使い方の判断はそれほど複雑である必要はありません。制約を理解し、それに合わせて設計すれば、microSDはギャンブルではなく、予測可能なコンポーネントになります。