ハードディスク・ドライブ（HDD）とソリッドステート・ドライブ（SSD）の違いとは

ハードドライブまたはHDD（ハードディスク・ドライブ）は、ノートPCやデスクトップ・コンピューターで使用されるデータ・ストレージ・デバイスの一種です。HDDは「不揮発性」ストレージ・ドライブです。つまり、デバイスに電源が供給されない場合でも、保存されたデータを保持できます。オペレーティング・システム（OS）は、プログラムの必要に応じて、データの読み取りと書き込みをHDDに指示します。ドライブがこのデータを読み書きする速度は、ドライブ自体のみによります。

HDDは、約3.75メガバイトの容量を備えた巨大なデバイスとして始まりました。現在では、デスクトップ・コンピューターに簡単に収まるHDDには18テラバイト以上のストレージを収容できます。

HDDには「プラッター」と呼ばれる円盤状のものがありあます。プラッターは、電荷を利用してデータを保存する場所です。おこの電荷は、アクチュエーターアームまたは「読み取り/書き込みヘッド」から生じます。読み取り/書き込みヘッドは、CPUとシステムボード内のソフトウェアによって、プラッター上のどこに移動するかが指示されます。

各プラッターには磁気ヘッドを備えたアームがあり、各プラッターは回転してセクターに分割されます。これらのセクターには、電荷を受け入れることができる何千ものサブディビジョン（ビットと呼ばれる）があります。セクターのビットとそれに対応する電荷は、読み取り/書き込みヘッドによって読み取られ、1または0のバイナリに変換できます。

HDDの開発の長年にわたって、プラッター上のセクターレイアウトは変更されてきました。ハードディスクの当初の設計では、セクターをドライブの回転プラッターに対して水平方向に配置した長手記録が含まれていました。この水平方向の整合性は、セクターを縮小してHDD容量を増やす際に問題となりました。このような小さな規模では、ビットは温度に応じてランダムに反転し、データの破損を引き起こします。

「垂直磁気記録」は、長手記録に見られる問題に対処するために開発された方法です。この方式では、セクターをその端にスタックして、長手記録の3倍以上のストレージ容量を実現します。ただし、その代償として、磁場に対する感度が高まるため、より正確な読み取り/書き込みアームを設計する必要がありました。

CPUがHDDにデータを書き込む際、ファイルのサイズに応じてセクタの一部またはセクタを使用します。データが更新されると、CPUはHDDに次の利用可能なセクターに書き込むように指示します。最初のセクターからこの新しいセクターまでの距離によって、データを読み取る時間が長くなります。時間はミリ秒単位で測定されますが、データ分離の発生回数が増えると大幅な速度低下を引き起こす可能性があります。このようなデータ分離は「ディスクの断片化」と呼ばれ、ほとんどのOSにはディスクの断片化を解消するプログラムが組み込まれています。

従来のハードディスク・ドライブ（HDD）は、SSDよりも長い間存在していたレガシー・テクノロジーとして知られています。しかし、時代には利点があり、テクノロジーのあらゆる側面において進歩の機会が十分にあります。

HDDの目的は、データの読み取り、書き込み、保存です。バックアップや通常のコンピューター処理においても信頼性の高いデバイスです。HDDテクノロジーは大幅に改良され、コストを削減しながら全体の容量を増やしています。

HDDは長年にわたって容量を増加させ、現在は20テラバイトのストレージとして市販されています。今日のノートPCやデスクトップPCの多くには、250 GBのストレージが標準搭載されています。

性能は通常、デバイスの速度と信頼性で測定されます。HDDがデータを処理する速度はここ数年で大幅に増しており、その目的を十分果たしています。

ただし、HDDの物理コンポーネントには、他のストレージ・デバイスに比べて多くの制限があります。ディスクの動きが速すぎると、正確なアームは精度を失います。また、ディスクは歪んだり破損し始める前にきわめて高速でしか回転できません。最適な速度を達成するためにプラッターを高速化するには時間がかかり、成果として起動時間が遅くなります。

HDD は、電源を供給せずに長期間データを保存できる信頼性が高く、バックアップ用のストレージ方法として好まれています。内蔵ハードディスクを常時使用した場合の寿命は3〜5年です。デバイスが外付けハードディスク・ドライブで、制御されたスペースに保存されていると、寿命が長くなる可能性があります。デバイスの定期的な摩耗は、特にプラッターの同じセクター上でデータを書き込んだり書き換えたりすることが原因で、頻繁に発生します。複数のドライブの長期保存は、外付けハードディスクを使用するのと同じくらい簡単です。これらのバックアップ・ファイルにどこからでもアクセスするもう1つの方法は、ネットワーク接続ストレージ（NAS）システムを使用することです。NASは、許可されたネットワーク・ユーザーがデータの保存と取得を行える一元化されたストレージの場所です。

外付けポータブル・ハードディスクは、内蔵HDDと同じ基本機能を持ち、ノートPCでもデスクトップパソコンでも使用できます。外付けドライブは、専用の外付け電源とともに販売されています。内蔵コンピュータのハードディスク・ドライブは「ポータブル」であり、あるデバイスから別のデバイスに容易に移動できます。ただし、すべてのデバイスとの互換性が低く、移動に手間がかかります。

HDDはギガバイトあたりのコストが最も効率的であるため、最も手頃な価格のストレージ・タイプです。ストレージ容量が増加するにつれて、小型のHDDの価格は下がります。たとえば、容量が500ギガバイトのHDDは40米ドル足らずで販売されています。

コンピューターの主要なコンポーネントであるソリッドステート・ドライブ（SSD）は、従来のハードディスクとは比べものにならないほど、最新のマシン上での読み取り、書き込み、起動時間が速いのが特徴です。

ソリッドステート・ドライブは、可動部品なしでデータを保存する不揮発性メモリー（NVM）コンピューター・ハードウェアです。HDD（ハードディスク・ドライブ）は回転する磁気ディスクと機械的書き込みヘッドを使用してデータを扱いますが、SSDは半導体の電荷を使用します。

内蔵SSDはコンピューター内に取り付けられますが、外付けSSDは外付けHDDのようにUSB 3.0ポートに接続され、同様の役割を果たします。SSDは、ストレージ用のコンポーネントではなく集積回路を実装するメモリストレージデバイスです。集積回路は全体のサイズを縮小し、作業時に静かにします。たとえば、MacBookのようなApple製品にはハードディスク用のSSDが搭載されているため、Macのスリムな外観になっています。

不揮発性メモリー・エクスプレス（NVMe）は、コンピューターの不揮発性ストレージ・メディアにアクセスするための論理デバイス・インターフェース・プロトコルです。NVMeは、SSDドライブで使用される標準仕様であるため、各メーカーに固有の要因はありません。NVMe SSDは、OSからSSDへの複数のやり取りに対応できる周辺コンポーネント相互接続エクスプレス（PCIeまたはPCI Express）を使用します。PCIeは、システム・ボード上の共通の高速接続インターフェースです。

ソリッドステート・ドライブは、電子回路を使用してデータの保存と取得を行うことで機能します。データは「ブロック」に保存され、これらのブロックは1回だけ完全に書き込むことができます。シーケンシャル・データをまとめ、応答時間を低く抑えるには、ブロックを完全に消去し、別のブロックに再書き込みする必要があります。残念ながら、ブロックは耐久性がなく、消去の過程で損傷します。書き込みや消去はSSD上に摩耗を生じさせるので、ほとんどのSSDには「ウェアレベリング」テクノロジーが組み込まれています。これにより、摩耗を均等に分散してデバイスの寿命を延ばすことができます。

SSDの電子回路の一部は、不揮発性のNANDトランジスタで構成されるNAND（「Not AND」論理ゲート）フラッシュ・メモリーです。不揮発性NANDトランジスタは、回路基板上に配列され、場合によっては回路基板に積み重ねられたシリコン・メモリー・チップにデータを半導体の電荷として保存します。このスタックは3D NANDと呼ばれ、メモリー・セルが互いに積み重ねられるため、はるかに大きなストレージ容量を誇ります。単一レベルセル（SLC）は、SSDテクノロジーの中で最も高価ですがが、最も耐久性があります。したがって、セル1個につき1ビットのストレージを追加することでコストが削減され、ストレージが1ビット増えるごとに表示が変わります。最後に、マルチレベル・セル（MLC）、トリプルレベル・セル（TLC）、クアッドレベル・セル（QLC）から始めます。

コントローラーは、アクセスまたは操作するメモリーを指示することで、すべてのフラッシュ・メモリー・セルを管理します。また、データの均等な分散とガベージ・コレクションの処理も担います。

フォームファクターに依存する一般的な方法として、SSDはRAMモジュールと同様に、要求されたデータをキャッシュすることで応答時間を短縮します。応答時間が短いHDDからのホット・リクエストをキャッシュする場合と比較して、応答時間が速い方が望ましいです。

SSDにはコンポーネントがないため、HDDよりも消費電力要件が少なくなります。SSDも動作するためには、動作デバイスからの継続的な電力に依存します。非電源型SSDは電源が供給されないとデータを失いますが、ほとんどのSSDにはバッテリーが内蔵されているため、デバイスはアイドル状態でもデータの整合性を保つことができます。

それぞれのタイプのストレージにはメリットとデメリットがあります。したがって、ハードディスク・ドライブ（HDD）とソリッドステート・ドライブ（SSD）を比較して、ワークロードに最適なものを決定する必要があります。

ストレージ容量の主な違いは、SSDが磁気プラッターの代わりにフラッシュ・メモリーを使用することです。新しいSSDの一般的な容量は、128 GB、256 GB、512 GB、1 TB、2 TBなどです。デバイスのサイズを縮小する統合回路により、ストレージ密度も向上します。

平均的な消費者にとって、現在見られる最大のSSDは約8テラバイトです。2018年、Samsungと東芝は、フォームファクターは同じ2.5インチを使用していますが、SASインターフェースを使ってドライブの厚さが3.5インチの30.72 TB SSDを市場に投入しました。SSDの機能を示すために、Nimbus DataはSATAインターフェースを使用した大容量100 TBドライブを発表し、出荷しました。SSDテクノロジーは絶えず拡張および改良されており、無限の可能性が残されているようです。

HDDは長年にわたって容量を大幅に増加させ、現在では20テラバイトのストレージで市販されています。今日のノートPCやデスクトップPCの多くには、250 GBのストレージが標準搭載されています。

SSDがデータにアクセスする速度は、HDDの速度よりも高速です。HDDは500 MB/秒で処理できますが、ほとんどのSSDは7000 MB/秒で処理できます。これらの高速化により、デバイスへのログインやアプリの読み込み時間における即時起動やレイテンシーの短縮が可能になっています。また、SSDの方がファイルの転送とコピーが高速です。バッテリー寿命のため、消費電力はHDDの約4～3分の1です。

HDDは、より長寿命のストレージ・デバイスです。SDDは、電源を入れていない1年後にはデータ漏えいが始まるため、長期保存の信頼性が低下する傾向にあります。また、最大書き込みテラバイト（TBW）に近づくと、使用不可能な状態に達するまで、その有効性は着実に低下します。SSDのTBWは、保存およびデバイスから消去できるデータの合計量です。

携帯性に関しては、SSDとHDDには類似点があります。SSDの外付けバージョンは、固定された内部バージョンよりも携帯性に優れたSSDです。SSDは、大量のデータをシステム間で迅速に転送する必要があるデータセンターで特に役立ちます。外付けHDDは内蔵HDDよりも携帯性に優れていますが、高速データ転送よりもストレージに多く使用されています。

データが頻繁に使用される容量の小さいドライブの場合、SSD が価格に見合った最高の性能を実現します。容量が大きいほど、HDDのメリットは大きくなります。SSD の価格は、いつの日かHDDと同じくらいギガバイトあたりのコスト効率が高くなるでしょう。500ギガバイトのSSDは現在約55米ドルで販売されていますが、500ギガバイトのHDDは約24米ドル（執筆時点）で販売されています。

SSDは、消費電力が低く、サイズが小さいため、主にノートPCやデスクトップでの高速データ取得や常時使用に使用されます。これらは日常的なプロセスに使用されており、HDDのような長期保存に使用すべきではありません。SSDは、大容量ファイルを迅速かつ簡単に移動するのに適したデバイスです。