3D NANDとは？NAND型フラッシュメモリを「何百階建て」に積む仕組みと、AIでSSDが足りない理由

3D NANDとは、データをためる小さな部屋（メモリセル）を縦に何百層も積み上げた、NAND型フラッシュメモリです。電源を切ってもデータが消えないので、SSDやスマートフォンの記憶装置に使われます。

平面のまま部屋を小さくする方法は、行き止まりに来ました。そこで高層に建て替えた。いまはAIの推論でデータセンター向けのSSDが足りなくなり、3D NANDの値段も上がっています。作り方と層の数の競争、AIとの関係を順に見ます。

先に見たい節 作り方/層の数の競争/AIでSSDが足りない理由

3D NANDとは

なぜ平面から「3D」に変わったのか

フラッシュメモリの容量は、同じ面積にどれだけたくさんのメモリセルを詰め込めるかで決まります。長い間、メモリセルを小さくして平面にぎっしり並べることで、容量を増やしてきました。

そこで、平面で小さくするのをやめて、縦に積み上げる方向に変えたのが3D NANDです。キオクシアは2007年に、3次元フラッシュメモリの技術を世界で初めて発表しました。

3D NANDの作り方：積んでから、まとめて貫く

何百層ものメモリセルを、1層ずつ作っていたら、工程の数が膨大になります。3D NANDの作り方の要は、「先に膜を全部積んでから、穴をまとめて開ける」発想です。

キオクシアは、この方法を「1層1層下からメモリセルを積み上げるのではなく、板状の電極を積み上げ、それらを貫く穴を開けて、一気にすべての層でメモリセルを作る」と説明しています。層を増やしても工程の数が増えにくいことが、低いコストにつながります。

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3D NANDの層の数は何層か

3D NANDの容量を増やすいちばんの方法は、層の数を増やすことです。キオクシアの公表している層の数は、次のように増えてきました。

キオクシアの第10世代は、第8世代（218層）と比べて記憶の密度を59%高め、データを出し入れする速さ(インターフェース速度)を4.8Gbpsに上げたとしています。層を増やすほど、穴をまっすぐ深く掘る技術や、何百層もの膜を均一に積む技術の難しさが増していきます。

上の表をキオクシア1社の数字にしたのは、筆者が各社の層の数を同じ物差しでそろえられなかったからです。発表ごとに数え方が違い、並べると「どちらが上か」の表に見えてしまう。比べるのは1社の中の伸び方までにしています。

なぜAIで、SSDとNANDが足りなくなっているのか

AIデータセンターでは、GPUのそばのHBM(DRAM)に注目が集まりがちですが、その外側で大量のデータをためておくのが、3D NANDを使ったSSDです。

調査会社の TrendForce（トレンドフォース）は2026年9月30日の発表で、2026年10〜12月期の NAND フラッシュの契約価格が前の四半期より15〜20%上がると予想しました。データセンター向けのSSD（エンタープライズSSD）は、値上がりが速まる唯一の分野としています。理由は、AIの推論の設備を増やすクラウドの大手の注文です。キオクシアも第10世代の製品を、主にエンタープライズSSDやデータセンター向けのSSDに向けるとしています。

電源の設計者がメモリを見るとき、最初に確かめたいのは「電源を切ったらデータがどうなるか」です。消えるなら、停電の瞬間に何をどこへ逃がすかを、電源の側で考えなければならない。NANDは電気がなくてもデータを持てるので、その最後の受け皿になります。この記事でSSDを「書庫」と呼ぶのは、その意味もあります。

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DRAM・HBMとの役割分担

DRAMは「作業机」、3D NANDのSSDは「書庫」にたとえられます。作業机は広くて速いほど仕事がはかどりますが、高価です。書庫は少し取りに行く時間がかかりますが、大量の資料を安く保管できます。AIデータセンターでは、両方の量がそろって増えています。

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3D NANDを支える企業：装置・材料・作る会社

3D NANDは、膜を積む装置と、深い穴を掘る装置の性能が、層の数を左右します。層の数が増えるほど、これらの装置と材料の出番も増える構造です。

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まとめ

よくある質問

3D NANDのようなメモリを、半導体の製造と業界の全体の中で位置づけたい方に。本書（SBクリエイティブ）は、前工程・後工程・材料の章に加え、NVIDIAが牽引するAI向け半導体の進化や最新動向も、図解で紹介しています。