SSDとNVMeの違いとは

データ・ストレージにおける最近の技術の進歩により、企業や消費者は従来のハードディスクドライブ（HDD）から、より高速で低レイテンシーのソリッドステート・ドライブ（SSD）テクノロジーへと移行するようになりました。この記事では、この新しいテクノロジーと、それをコンピューターのマザーボードに接続するために利用できる最も高速で人気のプロトコルである不揮発性メモリー・エクスプレス（NVMe）について説明します。

SSDとNVMeという用語は、2つの異なる種類のドライブを表すためによく使用されますが、相互補完的に使用できる異なるデータ・ストレージ・テクノロジーです。SSDはフラッシュ・ストレージで使用される半導体ベースのストレージの一種であり、NVMeはフラッシュ・メモリーを搭載したSSDで使用される、1秒あたりの入出力オペレーション（I/O、またはIOPS）あたりのシステム・オーバーヘッドを削減したデータ転送用のプロトコルです。

NVMeとSSDテクノロジーの違いは微妙であり、混乱を招くおそれがあります。すべてのNVMeデバイスはSSDドライブでもありますが、すべてのSSDがNVMeドライブであるわけではありません。2023年のInternational Data Corporation（IDC）のレポートによると、NVMeは、コンピューターと1つ以上の周辺機器を接続するための標準的なシリアル拡張バスである、PCIエクスプレス経由で接続されたシステムへのデータ転送を高速化するために設計されました。ただし、すべてのSSDがPCIeテクノロジーを使用しているわけではありません。一部は、HDD用に設計された古いSATAおよびSASインターフェースを使用し、古いデバイスと互換性を持たせています。

SSDが発明される前は、HDDとフロッピー・ドライブがストレージとして市場で最も広く使用されていました。しかし、HDDとフロッピー・ドライブはどちらもマグネットを使用してデータを保管しているのに対し、SSDはNANDと呼ばれる新しいテクノロジーを使用しています。これは、電力不要でデータを保持できる不揮発性タイプのストレージです。SSDでは、各メモリー・チップは、それぞれ独自のメモリー・ビットを持つセル（ページまたはセクターとも呼ばれる）を含むブロックで構成されています。
プラッター、回転ディスク、読み取り/書き込みヘッドのために固有のレイテンシーおよびアクセス時間がかかるHDDとは異なり、SSDには可動部品が含まれていないため、はるかに高速に動作します。2000年代初頭から半ばまで、SSDは優れた性能と超高速性により、消費者マーケットプレイスとエンタープライズ・マーケットプレイスの両方で人気になりました。

利用可能な最速のデータ転送速度を実現するには、NVMe SSDが最適です。NVMe SSDは、Peripheral Component Interconnect Express（PCIe）バスを通じて、SATA SSDの速度の3倍以上の最大20ギガバイト/秒（Gbps）の転送速度を実現します。NVMeドライブのもう1つの魅力的な主要な機能は、その名前の通り、不揮発性メモリーです。この仕様は、他のタイプのドライブとは異なり、NVMeデバイスがメモリーを保持するために電力を必要としないことを意味します。さらに、NVMeストレージは、他のテクノロジーとは異なり、PCIeソケットを使用してコンピューターのCPUに直接接続することができ、低速のSATAドライバーではなくPCIeを通じてドライブのフラッシュ・メモリーを機能させることができます。

もう1つの一般的なタイプのSSDはSATAドライブで、古いテクノロジーとの互換性があることから、最近人気が高まっています。NVMe SSDは依然としてより広い帯域幅を特徴としていますが、多くの古いコンピューターはNVMeまたはPCIeテクノロジーをサポートしていないため、SATAインターフェースが最適なオプションになります。SATA SSDの最大データ転送速度は6ギガバイト/秒（Gbps）で、他の新しいインターフェースよりも遅いですが、従来のHDDと比べてかなり高速です。

2012年に開発されたM.2ドライブは、M.2フォーム・ファクターを使用してコンピューターのマザーボードに直接接続できるSSDの一種です。他の種類のSSDと比較して、M.2ドライブは電力効率が高く、消費するスペースが小さくて済みます。また、広く使用されている2.5インチSSDよりも小さく、高速であり、接続にいかなる種類のケーブルも不要です。M.2は、比較的小さいサイズにもかかわらず、同等のデータを保持することができ、最大8テラバイト（TB）までデータを保持することができ、M.2スロットを備えたマザーボードと互換性があります。M.2 NVMe SSDは、NVMeインターフェースを使用することで、現在利用可能な最高速度のデータ転送速度を実現します。

PCIe SSDは、PCIeシリアル拡張バス標準を使用して、コンピューターをさまざまなコンポーネント（グラフィックス・カードや外部ストレージ・デバイスなど）に接続する拡張カードです。PCIeスロットには5種類のサイズ（x2、x3、x4...など）があり、xは各カードがデータ転送用に持つレーン数を表します。
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NVMe（Non-Volatile Memory Express）は、フラッシュ・ストレージやSSD向けに設計されたデータ転送プロトコルです。これは、当時業界標準であったSATAおよびSerial Attached SCSI（SAS）プロトコルの代替として2011年に導入され、以前のプロトコルよりも優れたスループットを実現しています。NVMeは、ストレージとテクノロジーが向上しただけでなく、モノのインターネット（IoT）、人工知能（AI）、機械学習（ML）など、同時期に開発が進められていた重要なテクノロジーの発展にも貢献しました。

2011年以来、NVMeテクノロジーは、高帯域幅と超高速データ転送速度によって定評があります。並列処理とポーリングができるようにNVMeドライバーが改善されたため、NVMe SSDは応答時間と書き込み速度を最適化し、遅延を低減してCPUのボトルネックを回避できます。さらに、NVMeテクノロジーはエンタープライズ・レベルでのインフラストラクチャーのフットプリントが小さく、一般的な小型コンピューター・システム・インターフェース（SCSI）よりも消費電力が少なくて済みます。

最高性能のNVMeドライブは3000メガバイト/秒（MB/秒）を超えることができ、新しいモデルの中には7500MB/秒に達するものもあります。NVMeは、その前身であるSerial Advanced Technology Attachment（SATA）とは異なり、高性能の不揮発性ストレージ・メディア用に設計されているため、困難でデータが豊富なコンピューティング環境に最適です。

NVMe SSDは、一度に数万の並列コマンド・キューを実行できます。これは、古い低速のSCSIプロトコルを使用し、単一のコマンド・キューしかデプロイできないドライブとは異なる重要な差別化要因の1つです。NVMe SSDなら、接続方法はプロトコルに依存しません。例えば、NVMe PCIeコネクターは、NVMeプロトコルを実行するPCIeリンクを介して単一のドライブにアクセスできます。

NVMe SSDは、「仲介者」であるコントローラーを排除し、レイテンシーを大幅に短縮するPCIeバスを介してフラッシュ・ストレージにアクセスします。しかし、NVMeは、ファイバー・チャネルやイーサネットなどのあらゆるタイプの「ファブリック」相互接続、およびイーサネット、iWarp、RoCEv2、iSER、NVMe-TCP内でも実行することができます。PCIe Gen4は最新のPCI Express仕様で、そのデータ転送速度はGen3の2倍です。Gen3 PCIeの転送速度はPCIeレーンあたり毎秒8ギガ転送（GT/s）である一方で、Gen4の転送速度は16 GT/s、つまりPCIeレーンあたり2 GT/sとなっています。

NVMe SSDは、一度に数万の並列コマンド・キューを実行できます。これは、古い低速のSCSIプロトコルを使用し、単一のコマンド・キューしかデプロイできないドライブとは異なる重要な差別化要因の1つです。NVMe SSDなら、接続方法はプロトコルに依存しません。例えば、NVMe PCIeコネクターは、NVMeプロトコルを実行するPCIeリンクを介して単一のドライブにアクセスできます。

NVMeとSSDテクノロジーは異なるものであり、多くの場合互いに補完し合うため、正確に比較することはできません。NVMe SSDは最高速度のデータ転送速度を実現しますが、だからといってユーザーのニーズに適した選択であるとは限りません。データ・ストレージ・ソリューションを選択する際には、多くの要素が関係します。ここでは、プロセスを支援するために、価格、技術仕様、ストレージ容量、速度という4つのクリティカルな要素によって利用可能な最も一般的なオプションを比較しました。

• 価格：最近まで、SATA SSDはNVMe SSDよりも比較的安価だったため、予算重視のユーザーにとって魅力的な選択肢となっていました。しかし、テクノロジーが広く利用可能になるにつれて、NVMe SSDの価格はここ数年低下しており、価格はますます差別化要因ではなくなりました。現在、人気のあるSamsungブランドのSSDは、NVMeとSATAの両方の種類で、同等のストレージを備えており、Amazonで64～130米ドルで販売されています。
• 技術仕様： 多くの古いデバイスは、より高速な最新のNVMeテクノロジーをサポートしていないため、SATA SSDが必要な選択肢となります。SSDを購入する前に、接続したいデバイスの数をサポートするのに十分なPCIe接続があることを確認する必要もあります。多くのマザーボードには2つまたは3つのスロットしかないため、接続できるデバイスの数は限られています。
• ストレージ容量： NVMeとSATAのSSDには通常、1TBまたは2TBのオプションがあります。より多くの容量を求めるユーザーは、4TBや8TBのモデルにアップグレードすることもできますが、その価格はより高い価格帯になります。執筆時点で、4TBのNVMeとSATAのSSDの価格はAmazonで200～300米ドルで、8TBのSSDの価格は400米ドル近くでした。
• 速度： NVMe SSDの主な差別化要因は速度とパフォーマンスです。NVMeテクノロジーは、CPUに直接接続できるPCIeインターフェースを使用することで、レイテンシーを短縮し、応答性を向上させます。しかし、一部のユーザーはそのレベルの速度を必要とせず、その場合はSATA SSDがわずかに安価なオプションになる可能性があります。SATA SSDは、それほど高速ではありませんが、古いHDDよりも高速にデータを転送します。ニーズによっては、SATA SSDの速度で十分な場合があります。

エンタープライズ・レベルでは、NVMeテクノロジーのスピードとパフォーマンスを無視するのは困難です。一部の企業は引き続きSATA SSDを使用していますが、ゲームや基本的なオフィス・アプリケーションを実行するために使用しているノートPCやPCの性能と速度をアップグレードしたい消費者の間で、SATA SSDを使用する傾向が強まっています。SSDの最も一般的なユースケースをいくつか紹介します。

• ハイパフォーマンス/高速コンピューティング： NVMe SSDは並列処理を実現できるため、今日の最も要求の厳しい複雑なコンピューティング環境の多くに理想的なソリューションです。高頻度金融取引アプリやAIおよびMLデプロイメントなど、需要の高いアプリケーションの多くは、大量のデータに高速にアクセスするためにNVMe SSDを利用しています。
• 計算集約型アプリケーション: リアルタイムの顧客との対話を主要な機能とするアプリケーションは、多くの場合、NVMeテクノロジーを利用してワークロードを実行しています。これらのアプリの例には、電子商取引、個人財務、多くのクラウドネイティブ・アプリケーションが含まれます。
• データセンター： NVMe SSDは、あらゆる場所のデータセンターのストレージ機能を拡張し、超高速の転送速度を実現します。SATA SSDは依然としてエンタープライズ・レベルで使用されていますが、Enterprise Strategy Group（ESG）の最近のレポートによると、ほぼ4分の3の企業がすでにNVMe SSDストレージに切り替えているか、来年中に切り替えを計画しています。
• ビデオ編集： 多くのビデオ編集者は、NVMeとSATA SSDを使用してストレージを拡張しながら、必要な高速処理速度を実現しています。一例として、スリムで小型でポータブルなNVMe M.2 SSDは、ノートPC、ノートブック、ウルトラブックなどの軽量コンピューターに最適なソリューションです。
• ゲーム：NVMeとSATA SSDの両方が提供する高速なロード時間は、世界中の真剣なゲーマーに信頼されています。どちらの種類のSSDも、同等の価格でスムーズで高速なエクスペリエンスを提供できるだけでなく、あらゆるPCビルドの日常的なアプリケーションの速度と性能を向上させることができます。

SSDは、消費者や企業が必要な高速データ転送速度を実現するのに役立ちます。ゲーム愛好家やビデオ編集者にとっては、古いSATA SSDで十分であることが多いですが、企業のワークロードでは、NVMe SSDが急速に業界標準になりつつあります。IBM Storage FlashSystem 5300は、NVMeテクノロジーのすべてのメリットに加えて、コンパクトで強力なストレージを提供します。5300は、データ・ストレージ・ソリューションを通して、企業がより優れた速度、パフォーマンス、拡張性を実現できるように支援します。