SSD と NVMe: 違いと比較

SSD (Solid State Drive) と NVMe (Non-Volatile Memory Express) はどちらもストレージ テクノロジのタイプです。 SSD は NAND フラッシュ メモリを使用し、SATA またはその他のインターフェイスを介して接続しますが、NVMe は、PCIe インターフェイスを利用して、ストレージとシステム間の高速通信のために特別に設計されたプロトコルです。 NVMe ドライブは、従来の SSD と比べてデータ転送速度が大幅に高速であるため、大量のデータに迅速にアクセスする必要があるタスクに適しています。

主要な取り組み

1. NVMe ドライブは、高度なインターフェイスにより従来の SSD よりも高速であり、より多くのデータをより短時間で転送できます。
2. SSD はフォーム ファクターが大きく、幅広いデバイスで使用できますが、NVMe ドライブは小型で高性能システムにより適しています。
3. NVMe ドライブは従来の SSD より高価ですが、速度が速く、パフォーマンスが向上しているため、高速ストレージ ソリューションを必要とするユーザーにとってはより良い選択肢となります。

SSD と NVMe の違い

SSD と NVMe の違いは、SSD が集積回路を使用してデータを保存するのに対して、NVMe は保存されたデータに高速にアクセスするためのインターフェイスであることです。 NVMe は SSD よりもはるかに高度であるため、SSD よりも高速で、より適切に暗号化されます。 ただし、NVMe に問題がなく、欠点があるというわけではありません。 

比較表 SSD と NVMe の比較

機能	SSD	NVMe
インタフェース：	SATA III (最も一般的)、PCIe (あまり一般的ではない)	PCIe
データ転送速度：	最大6 Gbps (SATA)	最大 32 Gbps (PCIe 4.0)
コマンドキュー:	32 個のコマンドを含む単一のキュー	最大 65,535 個のキュー (キューあたり 65,536 個のコマンド)
レイテンシ：	HDDより低く、NVMeより高い	SATA SSD と HDD の両方よりも大幅に低い
消費電力：	HDDより低い	SATA SSDよりわずかに高く、アイドル時はHDDより低い
フォームファクタ：	2.5 インチ、M.2、SATA mSATA	M.2、U.2
価格：	一般的には安価です	一般的に高価
最適:	日常業務、適度なゲーム	高パフォーマンスのタスク、要求の厳しいゲーム、ワークステーション

SSDとは？

SanDisk は、最初にソリッド ステート ドライブを導入しました。 ソリッドステートデバイスまたはソリッドステートディスクと呼ぶことができます。

1991 年に初めて導入されたときは、最大 20 MB のデータしか保存できませんでした。 現在、これらのドライブは約 60 ～ 100 TB のデータを保存できます。

これらのドライブは、物理的に簡単に損傷することがなく、耐衝撃性にも優れています。 それらのアクセス時間は速く、実行するためにディスクを回転させる必要はありません。

異なるドライブのパフォーマンスは、XNUMX つのセルに存在するビット数によって異なります。 シングル セル ドライブは、その中で最も高速で耐久性があります。 また、より経済的です。

初期の SSD は RAM の技術を使用していましたが、高速であるにもかかわらず、電力がなくなるとすぐにデータが失われるため、これは持続できませんでした。 これにより、データが失われました。

そのため、より信頼性の高い技術を見つける必要があり、それがフラッシュ メモリでした。ソリッド ステート ドライブのフラッシュ メモリに保存されたデータは、電源が切れても失われず、デバイス内に保存されます。

SSDはどのように機能しますか？

アーキテクチャ

SSD はフラッシュ メモリ テクノロジを中心に構築されており、回転ディスクや機械的な読み取り/書き込みヘッドの代わりに集積回路を利用しています。 SSD の主要コンポーネントには、フラッシュ メモリ チップ、コントローラ、NAND インターフェイス、キャッシュが含まれます。

フラッシュ メモリ チップは、ページとブロックに編成され、電荷を使用してデータを不揮発的に保存します。 コントローラーはすべてのデータ操作を管理し、データの整合性を確保し、パフォーマンスを最適化し、SSD の寿命を延ばします。 NAND インターフェイスはフラッシュ メモリ チップをコントローラに接続し、データ通信を可能にします。

多くの SSD には、頻繁にアクセスされるデータの一時記憶領域であるキャッシュが組み込まれています。 キャッシュは、DRAM のような高速揮発性メモリで構成されており、フラッシュ メモリにアクセスする際の遅延を短縮することで、読み取りおよび書き込みの速度を向上させます。

これらのコンポーネントは連携して SSD に高速、信頼性、効率的なデータ ストレージを提供するため、現代のコンピューティングにおいて人気の選択肢となっています。

コンポーネント

コア アーキテクチャに加えて、SSD には機能、信頼性、インターフェイスの互換性を強化する追加コンポーネントを組み込むことができます。 注目すべきコンポーネントには、熱センサー、電力損失保護メカニズム、暗号化機能などがあります。

SSD には温度センサーが統合されており、温度を監視して過熱を防ぎます。 これらのセンサーはコントローラーにフィードバックを提供し、必要に応じてコントローラーがパフォーマンスを調整したり、保護手段を起動したりできるようにします。

SSD は、突然の停電時にデータを保護するために停電保護メカニズムを採用している場合があります。 これらのメカニズムは、スーパーキャパシタまたはその他のエネルギー貯蔵デバイスを利用して、一時的な電力を供給します。 これにより、コントローラは安全にシャットダウンする前に保留中のデータをフラッシュ メモリに保存できます。

データのセキュリティを確保するために、一部の SSD にはハードウェア暗号化機能が組み込まれています。 これらの SSD は、暗号化アルゴリズムを使用してドライブに書き込まれるデータを暗号化し、保存された情報が安全に保たれ、不正アクセスから保護されるようにします。

SSD 購入ガイド

容量

SSD の容量とは、SSD に保存できるデータの量を指します。 SSD は、128 GB から数テラバイト (TB) までのさまざまな容量で入手できます。 容量を決定するときは、オペレーティング システム、アプリケーション、ファイルのサイズなどのストレージ要件を考慮してください。 主に基本的なタスクにコンピュータを使用し、大規模なストレージ容量を必要としない場合は、256GB や 512GB などの小型の SSD で十分な場合があります。 ただし、大きなメディア ファイルを扱う場合や、ゲーム、ビデオ編集、プロフェッショナル アプリケーションに十分なストレージが必要な場合は、1 TB 以上などの大容量を選択してください。

速度

SSD の速度は、システム全体のパフォーマンスにおいて重要な役割を果たします。 SSD の速度を決定する 2 つの主な要素は、シーケンシャル速度とランダム速度と呼ばれる読み取り速度と書き込み速度です。シーケンシャル速度は、ドライブが大きな連続データ ブロックを読み書きできる速度を示し、ファイル転送と起動時間にとって重要になります。

一方、ランダム速度は、より小さい分散データにアクセスして処理するドライブの能力を測定します。これは、アプリケーションを開いたり、マルチタスクを実行したりするなど、日常のコンピューティング タスクに不可欠です。 スムーズで応答性の高いパフォーマンスを確保するには、シーケンシャルおよびランダム読み取り/書き込み速度が高い SSD を探してください。

インタフェース

SSD のインターフェイスは、SSD をコンピュータのマザーボードに接続する方法を決定し、SSD の互換性とパフォーマンスに影響を与えます。 SSD の最も一般的なインターフェイスは、SATA (Serial ATA) と NVMe (Non-Volatile Memory Express) です。 SATA SSD は 2.5 インチおよび M.2 フォーム ファクタで利用可能で、優れたパフォーマンスを提供し、ほとんどのコンピュータと互換性があります。

従来のハードドライブからアップグレードする場合に最適です。 M.2 フォーム ファクターの NVMe SSD は、PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) インターフェイスを利用し、SATA よりも大幅に高速な速度を提供します。 システムが NVMe をサポートしている場合、NVMe SSD を選択すると、パフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。

ブランドの評判

ブランドの評判は、SSD を購入する際に考慮すべき重要な要素です。評判の高いブランドは、品質管理、信頼性、顧客サポートを優先し、全体的なエクスペリエンスを向上させます。有名な SSD メーカーには、Samsung、Western Digital、Crucial、Kingston、Intel、SanDisk などがあります。ブランドの評判を評価するには、顧客レビュー、専門的なベンチマーク、信頼性データを調査することをお勧めします。さらに、より長い保証期間を提供するブランドは、自社製品に対する信頼を高めます。

NVMeとは何ですか？

NVM Express は、最初の NVMe インターフェイスを開発しました。 それは 2011 年前の XNUMX 年に始まりました。インターフェースを開発したいという衝動は、人々がソリッド ステート ドライブでいくつかの欠点を経験した後に生じました。

SSD と同様に、NVMe はストレージ メディアに物理的に挿入する必要があります。

SSD は XNUMX つしか実行できませんが、 クエリー NVMe の場合はそうではありません。 複数のクエリやコマンドから結果を得ることができます。

これによりレイテンシも短縮され、結果を取得する際の遅延が最小限に抑えられます。 これらは、コンピュータのストレージ システムに収まる 2.5 インチのカードで提供されます。

不揮発性メモリにアクセスするための最初の足がかりは、2007 年の Intel Developer Forum で登場しました。これは 2008 年に完成し、Intel の Web サイトで公開されました。

NVMeの仕様策定には90社以上が参加。 Integrated Device Technology により、2012 年 XNUMX 月に NVMe が市販されました。

NVMeの利点

より速いスピード

NVMe は、SATA (シリアル ATA) などの従来のストレージ インターフェイスを上回る驚くべきデータ転送速度を実現します。 NVMe は、PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) インターフェイスを活用することにより、ストレージ デバイスとコンピュータの CPU の間に直接の専用経路を提供します。 この直接接続により、より高速かつ効率的なデータ転送が可能になり、読み取りおよび書き込み速度が大幅に向上します。 NVMe を使用すると、ユーザーは迅速な起動時間、迅速なアプリケーションの起動、シームレスなデータ転送操作を体験できます。

低レイテンシ

レイテンシーとは、データ要求の処理にかかる時間を指します。 NVMe は、他のストレージ プロトコルと比較して遅延を大幅に短縮します。 従来のハードディスク ドライブ (HDD) や SATA SSD でさえも、機械コンポーネントやインターフェイスの制限により遅延が発生します。

NVMe は、合理化されたコマンド セットとより短く直接的なデータ パスを利用することで、遅延を最小限に抑えるように設計されています。 この遅延の短縮により、特にゲーム、仮想現実、リアルタイム データ処理などの遅延に敏感なアプリケーションにおいて、システムの応答性が向上し、データへのアクセスが高速になり、全体的なパフォーマンスが向上します。

より高い効率

NVMe は、電力消費とシステム リソースの両方の点で非常に効率的です。 NVMe の合理化されたアーキテクチャと最適化されたコマンド セットにより、ストレージ関連タスクの処理に必要な CPU オーバーヘッドが最小限に抑えられます。 この効率によりシステムのパフォーマンスが向上し、消費電力が低下するため、ラップトップ、タブレット、その他のモバイル デバイスにとって特に有益です。 NVMe を使用すると、ユーザーは消費電力が削減されるため、バッテリー寿命が長くなり、より快適な動作が可能になります。

スケーラビリティの向上

スケーラビリティとは、パフォーマンスを損なうことなくストレージ機能を拡張またはアップグレードすることを指します。 NVMe はこの点で優れており、従来のストレージ テクノロジーと比較して優れた拡張性を提供します。 NVMe ドライブは簡単に追加または交換でき、複数の NVMe ドライブを RAID (独立ディスク冗長アレイ) などのさまざまな構成で組み合わせて、より大規模で柔軟なストレージ ソリューションを作成できます。 この拡張性は、ストレージ容量の需要が急速に増大する現代のコンピューティング環境にとって非常に重要です。

NVMe の使用例

コンシューマーアプリケーション

NVMe は、主に超高速のストレージ パフォーマンスを提供できるため、コンシューマー アプリケーションでの人気が高まっています。 NVMe の一般的な消費者ユースケースをいくつか示します。

1. ゲーム: ゲーマーは、NVMe の高速化と低遅延から大きな恩恵を受けることができます。 NVMe ストレージにより、ゲームのロード時間の短縮、シームレスなレベル移行、ゲーム内のラグの軽減が可能になり、スムーズで没入型のゲーム体験が提供されます。
2. コンテンツ作成: ビデオ編集、3D モデリング、グラフィック デザインなどのコンテンツ作成に携わる専門家や愛好家は、大きなファイル サイズを処理するために高速ストレージを必要とします。 NVMe により、レンダリング、エンコード、データ転送が高速化され、より効率的なワークフローと生産性の向上が可能になります。
3. メディア消費量: 高解像度ビデオ コンテンツの急増に伴い、NVMe ストレージはスムーズな再生とメディア ファイルへの素早いアクセスを保証し、全体的なストリーミングとマルチメディア エクスペリエンスを向上させます。 ユーザーは大規模なメディア ライブラリをすばやくロードしてナビゲートできるため、メディア アプリケーションの応答性が向上します。
4. 個人の生産性: NVMe の速度と低遅延によりシステムの応答性が向上し、コンピューターの起動、アプリケーションの起動、マルチタスクなどの日常的なタスクがより高速かつスムーズになります。 これにより、待ち時間が短縮され、全体的な効率が向上するため、個人の生産性が向上します。

業務アプリケーション

1. データベース システム: トランザクション処理システムやビッグ データ分析などのデータベース駆動型アプリケーションには、大量のデータ セットを処理し、迅速なデータ アクセスを確保するための高性能ストレージが必要です。 NVMe により、データベース クエリ処理の高速化、リアルタイム分析の向上、効率的なデータ管理が可能になり、ビジネスの洞察と運用効率が向上します。
2. 仮想化とクラウド コンピューティング: NVMe の低遅延と高い拡張性により、NVMe は仮想化環境とクラウド コンピューティング プラットフォームにとって理想的なストレージ ソリューションになります。 これにより、仮想マシン (VM) の迅速なプロビジョニング、VM の移行の高速化、クラウドベースのアプリケーションの応答性の向上が可能になり、ユーザー エクスペリエンスの向上とリソース利用の最適化につながります。
3. ハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC): 科学研究、財務モデリング、人工知能など、集中的な計算タスクに依存する業界は、NVMe の高速ストレージの恩恵を受けることができます。 NVMe はデータのアクセスと処理を高速化し、計算時間を短縮し、より迅速な分析と意思決定を可能にします。
4. データセンター: NVMe ドライブは高密度で消費電力が低いため、データセンターの導入に適しています。 その効率性と拡張性により、データセンターはより高速なストレージ サービスを提供し、増加するワークロードに対処し、リソース使用率を最適化して、データセンターのパフォーマンスを向上させ、運用コストを削減できます。

SSD と NVMe の主な違い

• フォームファクタ：
  • SSD (ソリッド ステート ドライブ) には、SATA、mSATA、M.2 などのさまざまなフォーム ファクターがあります。
  • NVMe (Non-Volatile Memory Express) は SSD 専用に設計されたプロトコルであり、M.2 フォーム ファクターで一般的に使用されます。
• インタフェース：
  • SSD は、ストレージ デバイスを接続するための標準である SATA インターフェイスを使用します。
  • NVMe は PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) インターフェイスを使用し、SATA と比較してより高速なデータ転送速度を提供します。
• その２：シャフトスピード（回転数）：
  • SSD は比較的高速なデータ転送速度を提供しますが、SATA SSD は NVMe SSD に比べて速度が遅くなります。
  • NVMe SSD は PCIe インターフェイスを活用し、SATA SSD と比較して大幅に高いデータ転送速度を提供します。
• レイテンシ：
  • NVMe SSD は、ストレージへの低遅延アクセス用に NVMe プロトコルが最適化されているため、SATA SSD と比較して遅延が短くなります。
• キューの深さ:
  • NVMe は、より高いキュー深度をサポートするため、SATA を使用する SSD と比較して、並列処理が向上し、複数の同時データ要求を処理する際のパフォーマンスが向上します。
• パフォーマンス：
  • NVMe SSD は、SATA SSD と比較して、シーケンシャルおよびランダム読み取り/書き込み速度の両方の点で、より高い全体的なパフォーマンスを提供します。
• 互換性：
  • SATA は長年確立されている標準であるため、SATA インターフェイスを使用する SSD は古いシステムとの互換性がより高くなります。
  • NVMe の機能を最大限に活用するには、互換性のあるマザーボードと BIOS が必要な場合があり、古いシステムとの互換性が制限される可能性があります。
• 消費電力：
  • NVMe プロトコルはデータ転送中の電力消費を最適化するように設計されているため、NVMe SSD は一部の SATA SSD と比較して電力効率が高い傾向があります。
• 価格：
  • 一般に、SATA SSD は NVMe SSD に比べて予算に優しいため、パフォーマンス要件がそれほど厳しくないユーザーにとってコスト効率の高いオプションとなります。
• 使用事例：
  • SATA SSD は日常のコンピューティング タスクに適しており、速度とコストのバランスが取れています。
  • NVMe SSD は、高速なデータ転送速度が重要なハイパフォーマンス コンピューティング タスク、ゲーム、その他のアプリケーションに最適です。

参考情報

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8366931/
2. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3195970.3196085
3. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8416843/