NVRAMとは？NVDIMM・MRAM・Optaneなどの種類と性能・用途を徹底解説
エバープレイ編集部NVRAMとは
NVRAM（Non-Volatile RAM、揮発性でないランダムアクセスメモリ）とは、電源を切っても記憶内容が保持されるタイプのメインメモリまたはメモリ素子の総称です。一般的なDRAMやSRAMは電源喪失でデータが失われますが、NVRAMは不揮発性の特性を持つため、ブート設定やログ、キャッシュの保護、永続メモリ領域として使えます。NVRAMという用語は広義で、実際には複数の物理技術や実装形態（バッテリーバック付きSRAM、フラッシュ系、次世代不揮発性メモリなど）を含みます。
NVRAMの主な種類（技術別）
バッテリーバックアップSRAM（Battery-backed SRAM）
高速なSRAMを用い、電源喪失時にバッテリーまたはスーパーキャパシタでデータを保持する。書き換え耐性を気にせずDRAM/SRAM的なアクセス特性を得られるが、バッテリー管理や寿命が課題。EEPROM / フラッシュメモリ
電源を切ってもデータが残るが、書き込み/消去単位がページやブロック単位で、書き換え回数（耐久性）に制限がある。BIOS設定やファームウェア格納、組み込み機器で広く使用される。FeRAM（強誘電体RAM）
低消費電力で書き込みが高速、書き換え耐性も良好。CPUやマイコンの小容量永続領域で利用されることがあるが、容量や供給面でフラッシュほど普及していない。MRAM（磁気抵抗RAM）
磁気トンネル接合を用いる次世代メモリ。DRAMに近い速度と高い耐久性、電源遮断後のデータ保持を両立することが期待される。近年商用化が進んでいる。PCM（相変化メモリ、Phase-Change Memory）／3D XPoint（Optane）
候補のひとつで、DRAMより遅いがNANDよりかなり高速な特性を持つ「永続メモリ」。長寿命でランダムアクセスが可能なため、メインメモリ的に使えるケースが増えている（例：Intel Optane DC Persistent Memory）。ReRAM（抵抗変化メモリ）などのその他の新規メモリ
研究・実用化が進んでいる種々の不揮発性メモリ技術もNVRAMのカテゴリに含まれる。
物理形態と規格：NVDIMMなど
「NVRAM」という言葉は個々のチップ技術だけでなく、メモリモジュールとしての実装形態でも使われます。代表的なのがNVDIMM（Non-Volatile Dual In-line Memory Module）です。NVDIMMには複数のタイプがあり、JESD（JEDEC）など規格によって定義されています。一般的な分類は以下のとおりです。
NVDIMM-N：動作時はDRAMを高速メインメモリとして使用し、電源喪失時にDRAM内容をフラッシュなどの不揮発性領域へ退避（バックアップ）する方式。高速性と耐久性の折衷。
NVDIMM-F：フラッシュメモリをDIMM形状で搭載し、ブロックストレージ的にアクセスするタイプ。
NVDIMM-P（Persistent Memory）：より「メインメモリと同等の速度でバイトアドレスアクセス可能」な永続メモリの規格化を目指す新しいタイプ。サーバ用途で大容量の永続メモリを実現するために登場している。
性能と耐久性の違い
NVRAM技術ごとにレイテンシ、スループット、書き換え耐久性、消費電力が大きく異なります。概略としては次の通りです。
- DRAM: 極めて低遅延（数ns）、揮発性。
- MRAM/FeRAM/一部のPCM: DRAMに近い低遅延と高耐久性を目指す。
- 3D XPoint（Optane）や一部のPCM: DRAMより遅いがNANDよりは高速、かつランダム書き込みに強い。
- NANDフラッシュ: 書き換え回数に限界があり、消去単位・書き込み単位が大きい。レイテンシは相対的に大きい。
結果として、用途に応じて「速いが揮発性」「遅いが不揮発性」「高速かつ不揮発だがコスト高」といったトレードオフが存在します。
代表的な用途と事例
BIOS / 設定保持
ルータやPCのBIOS/UEFI設定はフラッシュやEEPROM、NVRAM的領域に保存される。Macでは「NVRAMクリア」という言葉が古くから使われている（設定リセット）。RAIDコントローラの書き込みキャッシュ保護
高速な書込みキャッシュをバッテリーやNVRAMで保護し、突然の停電でも整合性を保つ。これにより書き込み性能を犠牲にせず、データロスを防止できる。永続メモリ（PMEM）を使った高性能DB / インメモリ処理
3D XPointやNVDIMM-Pのような永続メモリは、データベースのクラッシュリカバリを高速化したり、メモリ上での永続データ構造を実現してアプリケーション性能を向上させる。組み込み機器 / IoT
設定情報、ログ、ファームウェア、センサーデータのローカル永続化にNVRAM技術（小容量フラッシュ、FeRAM等）が使われる。
設計・運用上の注意点
データ保護（電源障害）
電源断時の整合性を保証するため、NVDIMMのように電源喪失検知→DRAM内容を不揮発領域へ退避するメカニズムや、バッテリー／スーパーキャパシタの管理が重要。耐久性（書き込み寿命）
フラッシュ系NVRAMは書き込み回数に制限があり、ウェアレベリングやオーバープロビジョニング、ライト最適化が必要。MRAMやFeRAMはこの制限が少ないがコスト高・容量小の傾向。セキュリティ・消去
電源を切ってもデータが残るため、機密データを扱う場合は暗号化（暗号化鍵の管理も含む）や安全消去の手順を設計する必要がある。ソフトウェア側の対応
バイトアドレス永続性を使う場合、ファイルシステムやアプリケーションがパワーフェイル時の整合性を考慮した設計（ログ構造、トランザクション、バリアなど）になっているか確認すること。
よくある混同と用語注意点
NVRAMとNVMe（Non-Volatile Memory Express）は別物です。NVMeはPCI Express上で動作する高速ストレージのプロトコルであり、「非揮発性メモリに高速アクセスするためのインターフェース」を指します。一方、NVRAMは「記憶媒体そのもの（不揮発メモリ）」の概念です。また「NVDIMM」や「Optane」「PMEM」といった用語が混在しやすいため、用途（ブロックストレージかバイトアドレス永続メモリか）、アクセス特性（DRAMライクかフラッシュライクか）を明確にして区別することが重要です。
まとめ
NVRAMは「電源を切ってもデータが残るメモリ」の総称で、物理的には複数の方式（バッテリー付きSRAM、フラッシュ、MRAM、FeRAM、PCMなど）があります。用途に応じて「高速性」「耐久性」「コスト」「容量」のトレードオフを考慮して選択されます。近年はサーバ用途での永続メモリ（NVDIMM-Pや3D XPoint等）の登場により、従来のストレージ／メモリの境界が変わりつつあり、ソフトウェアや運用の設計も合わせて再検討が求められます。
