もしあなたがほとんどのハイテク愛好家と同じなら、通常の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）にはおそらく精通しているでしょう。しかし、テクノロジー業界を席巻している新しいストレージハードウェアがあります。それはNVMe SSDです。そこで、NVMe SSDとは何か疑問に思うかもしれません。以下でさらに詳しく説明します。
NVMe SSDとは？
NVMe SSDは、専用のPCIe接続スロットを使用してコンピューターシステムのマザーボードに直接接続できるソリッドステートドライブです。NVMe SSDの最も一般的な形式はM.2フォームファクタです。NVMe SSDはCPUと直接通信し、最大3,500MBの読み取り速度と2,500MBの書き込み速度という驚異的なデータ転送速度を実現します。M.2 NVMe SSDは、パフォーマンスとエネルギー効率が求められる小型コンピューターの構築に最適です。
NVMe SSDは通常のSSDよりも高速です。通常の2.5インチSSDがケーブルを介してSATAコントローラーに接続する必要があるのに対し、M.2 NVMe SSDなどのNVMe SSDはマザーボードに直接接続し、CPUと直接通信するからです。これは、SATAよりも高速でより多くの帯域幅を提供するPCIeバスを利用することで実現され、超高速のデータ転送速度をもたらします。
また、NVMe SSDは、故障する可能性のある可動部品がないため、従来のハードディスクドライブよりもはるかに信頼性があります。NVMe SSDはNANDチップにデータを保存しますが、ハードディスクドライブは回転する金属製のプラッターにデータを保存します。これはシリコンチップよりも損傷しやすく、特に頻繁な衝撃や振動にさらされると損傷しやすいです。そのため、NVMe SSDをコンピューターシステムに追加することで、NVMe SSDが衝撃や振動への露出に対応できるため、信頼性が大幅に向上します。
例えば、多くの産業用コンピューターメーカーは、回転プラッターを使用する従来のハードディスクドライブと比較して信頼性が向上しているため、NVMe SSDを製品に組み込んでいます。
NVMe SSDの入手可能性と手頃な価格は、産業用エッジコンピューティングに多大な影響を与えています。多くの産業用PCメーカーは、従来のソリッドステートドライブやハードディスクドライブよりもパフォーマンスが向上するため、M.2 NVMe SSDをシステムに組み込んでいます。
NVMe SSDのパフォーマンスは、リアルタイム処理と分析を必要とする複雑なワークロードを可能にするために、極めて高速なデータ転送速度を必要とする産業用コンピューティングに大きな影響を与えています。
NVMe SSDが通常のSSDやハードディスクドライブよりもいかに高速であるかを示すために、それぞれのテクノロジーが利用するSATAとNVMeプロトコルの違いを見てみるのが役立ちます。
SATAとNVMe
SATAインターフェースは、回転プラッターを持つハードディスクドライブをサポートするように設計されているため、1xコマンドキューのみを持ち、1キューあたり32コマンドをサポートします。一方、NVMeインターフェースは、1キューあたり64Kコマンドを持つ64Kコマンドキューをサポートしており、より多くのコマンドを同時に実行できるため、NVMe SSDのIOPSパフォーマンスが劇的に向上します。
さらに、NVMeインターフェースにより、NVMe SSDはCPUと直接通信できるため、通信に必要なレイテンシーが短縮されます。一方、SATA SSDやハードディスクドライブでは、SSDまたはHDDが最初にSATAコントローラーと通信し、その後SATAコントローラーがCPUと通信するため、NVMeと比較してレイテンシーが増加します。NVMeの平均レイテンシーは2.8マイクロ秒ですが、SATAは6マイクロ秒です。
これはわずかな違いに見えるかもしれませんが、レイテンシーが短縮されることで、リアルタイムのデータ処理と分析が必要なエッジでの機械学習などのタスクが可能になります。自動運転車などの一部のアプリケーションでは、わずか1ミリ秒で応答する必要があり、NVMeドライブはそのようなアプリケーションを低レイテンシーで可能にします。
さらに、NVMe SSDは2000 MB/sの読み書き速度を維持できますが、SATA IIIインターフェースを使用するSSDは600MB/sの読み書き速度しか維持できません。NVMe SSDのさらなるパフォーマンスを妨げている唯一の要因はNANDテクノロジーですが、これは継続的に改善されており、将来的にはさらに高速なデータ転送速度が見られる可能性があります。
とはいえ、ハードディスクドライブは、手頃な価格で大容量のストレージを提供するため、コンシューマー向けコンピューターと産業用コンピューターの両方で依然として一般的に使用されています。しかし、フラッシュストレージは、その驚異的なパフォーマンスと手頃な価格になりつつあることから、より一般的になっています。
NVMe SSDを搭載したデスクトップコンピューターや産業用コンピューターを使用したことがあるなら、NVMe SSDが消費者向けおよび産業グレードのシステムにもたらすパフォーマンスの向上をすぐに実感できるでしょう。
NVMe SSDの仕組み
NVMe SSDの仕組みを理解するには、ハードディスクドライブの仕組みを見るのが役立ちます。ハードディスクドライブは、プラッターと呼ばれる一連の回転ディスクにデータを保存します。すべてのハードディスクドライブには、読み書きヘッド付きのアクチュエーターアームが含まれています。データの読み書きが行われると、アームは正しいセクションの上に移動し、そのセクションからデータを書き込むか読み取ります。ハードディスクドライブはスピンアップしてアクセスしたいデータを見つける必要があるため、データを見つけて読み取るのは少し時間がかかります。
NVMe SSDは、データを保存するために回転ディスクを使用しません。代わりに、NVMeはNANDフラッシュを利用しており、これによりSSDはハードディスクドライブよりも大幅に高速になります。フラッシュコントローラーは、コンピューターと通信し、SSD上のファイルシステムを管理するSSDの一部です。そのため、データにアクセスするために、読み書きのためにニードルが回転プラッターの上に配置されるのを待つ必要はもうありません。
代わりに、データはシリコンチップに電子的に保存されるため、SSDはハードディスクドライブよりも効率的で信頼性が高くなります。さらに、ハードディスクドライブの平均故障率は6%から9%であるのに対し、SSDの故障率は1%から3%であるため、NVMe SSDは驚異的な速度だけでなく、HDDよりも信頼性が高いと言えます。
NVMe SSDは通常のSSDより高速ですか？
通常のSSDとNVMe SSDはどちらも非常に高速ですが、その速度の違いは、CPUに情報を通信するために使用するプロトコルまたはインターフェースにあります。通常のSSDはSATA IIIプロトコルを使用するため、通常のSSDのパフォーマンスが制限されます。一方、NVMe SSDはPCIeを使用してCPUと直接通信するため、SSDはそのフラッシュメモリが実行できる最大読み書き速度で動作できます。
NVMe SSDは何に使用されますか？
NVMe SSDは、データセンター、画像/ビデオ処理、マシンビジョン、およびリアルタイム処理と分析を必要とするその他のアプリケーションなど、産業用アプリケーションで一般的になりつつあります。
NVMe SSDは、その驚異的な高速パフォーマンスから、主に産業用アプリケーションで使用されています。自動運転車などの一部のアプリケーションでは、車両が衝突しないようにリアルタイムの意思決定が不可欠です。
そのようなアプリケーションでは、1ミリ秒ごとに重要であるため、極めて高速なストレージソリューションがあることがアプリケーションの成功に不可欠です。一部の業界では、リアルタイム処理と分析を必要とする複雑なアプリケーションを可能にするためにNVMe SSDを採用しています。
さらに、堅牢なエッジPCメーカーは、エッジコンピューティングハードウェアが頻繁な衝撃や振動にさらされる産業環境でより信頼性が高いため、システムにSSDを搭載しています。
通常のハードディスクドライブには、衝撃や振動にさらされると故障する可能性のある回転プラッターがあるため、SSDは産業用アプリケーションにとってより良い選択肢となります。堅牢なエッジコンピューティングハードウェアはSSDを利用しています。これらには可動部品がなく、代わりにデータはシリコンマイクロチップに保存されるため、堅牢なエッジコンピューティングシステムはより信頼性が高く、さまざまな環境で動作できます。
NVMe SSDはかなりの量の熱を発生させます。しかし、産業用PCメーカーは、ヒートシンクを使用して冷却することに成功しています。ヒートシンクは、内部の熱を発生させるコンポーネントからコンピューターのケーシングに熱を伝達し、その後、ケーシングがその熱をシステムを囲む空気に放散させます。
NVMe SSDの利点とは？
NVMeは、消費電力を抑えながら非常に高速なデータ転送速度を実現するため、そのようなデータストレージを利用するシステムの総所有コストを削減します。単一システムからの電力節約はごくわずかですが、NVMe SSDを利用するシステムを数百または数千展開する場合、エネルギーコストの大幅な削減に気づくでしょう。
さらに、SATAプロトコルを利用する通常のSSDやHDと比較して、NVMeはレイテンシーを低減し、1秒あたりの入出力（IOPS）を向上させます。また、複数のコアを利用することで、ユーザーは重要なデータに極めて迅速にアクセスでき、リアルタイム処理と分析が可能になります。
堅牢なエッジコンピューティングにとってNVMeストレージが重要な理由
NVMeテクノロジーは、堅牢なエッジで新しいアプリケーションを可能にします。NVMeはSATAプロトコルと比較して大幅に優れたパフォーマンスと低いレイテンシーを提供するため、自動運転車、機械学習、監視、ヘルスケアアプリケーション、産業オートメーションなど、リアルタイム処理と分析を必要とする新しいアプリケーションを可能にする優れたソリューションとなります。
IoTデバイスとセンサーが日々増加する中、これらのデバイスによって収集されるデータ量の増加に対応できるエッジコンピューティングソリューションを持つことは極めて重要です。データの増加に対応するには、より強力な処理能力と、機能するデータストレージソリューションが必要です。NVMeは、パフォーマンスとレイテンシーに影響を与えることなく、柔軟性とスケーラビリティを可能にします。
U.2 NVMe SSD
M.2 NVMe SSDに加えて、一部の産業用コンピューターはU.2 NVMe SSDをサポートしており、これはM.2 NVMe SSDと同じパフォーマンスを提供しながら、より大きなフォームファクターのため、より大きなストレージオプションを提供します。M.2 NVMe SSDと同様に、U.2 NVMe SSDは通常、PCIeを介して産業用コンピューターに接続し、驚異的なデータ転送速度と十分なストレージを提供します。
M.2 NVMe SSDは通常、最大2TBのストレージ容量ですが、U.2 SSDは4TBなどのより大きな容量を提供し、大量の高速ストレージを必要とする組織がU.2 NVMe SSDを使用してシステムを構成できるようにします。さらに、U.2 NVMe SSDはPCIe Gen 3.0 x4 PCIe接続を利用して十分なパフォーマンスを提供します。
よくある質問（FAQ）
1. NVMe SSDストレージとは？
NVMe SSD（Non-volatile memory express）は、NVMeプロトコルを利用するソリッドステートドライブです。NVMeプロトコルはPCIeと連携して、NVMe SSDとCPUの間でデータを直接転送します。NVMe SSDは、データ転送にSATAプロトコルを利用するハードディスクドライブよりも大幅に改善されています。実際、NVMeプロトコルはSSD専用に構築されたものであり、NVMe SSDにPCIeへのアクセスを許可することで、NVMe SSDに圧倒的なデータ転送速度をもたらすという大きな利点を与えています。
2. NVMe SSDは購入する価値がありますか？
NVMe SSDは、通常のデスクトップPCで使用する場合でも、産業用コンピューターで使用する場合でも、購入する価値があります。これは、NVMeプロトコルのおかげで、従来のハードディスクドライブやSSDよりも大幅に高速だからです。とはいえ、NVMe SSDは、リアルタイムのデータ処理と分析を必要とする産業用ワークロードでその真価を発揮します。これは、プロセッサがわずか2.8マイクロ秒でデータにアクセスできるからです。
3. NVMeドライブの寿命はどれくらいですか？
NVMeメーカーは、NVMe SSDが故障なしで150万時間持続すると主張していることが多く、一部のメーカーは製品に最大5年間の保証を提供しています。
4. NVMeはSSDよりどれくらい速いですか？
通常のSSDの最大理論速度は600MB/sですが、PCIe Gen 3.0で動作するNVMe SSDは最大読み取り速度3,500MB/s、最大書き込み速度2,500MB/sであり、M.2 NVMe SSDは通常のSSDの最大5倍高速です。
5. NVMe SSDの容量はどのようなものがありますか？
M.2 NVMe SSDにはさまざまな容量があります。最も一般的な容量は250GB、500GB、1TB、2TB、4TB、8TBです。
6. NVMe SSDはハードディスクドライブよりも信頼性が高いですか？
はい、NVMeソリッドステートドライブは、NANDチップにデータを保存するため、従来のハードディスクドライブよりも信頼性が高いです。NANDチップは、ハードディスクドライブがデータを保存するために使用する回転プラッターよりも信頼性が高いです。さらに、NVMe SSDは、従来のハードディスクドライブよりもはるかに高速な速度でデータを転送できます。