NVMeとは？NVMe採用のSSDとSATA SSDの違いを解説【トゥモロー・ネット テックブログ】

NVMe（Non-Volatile Memory Express）は、高速のデータ転送を実現した新たなSSD技術として、近年注目を集めています。しかし、従来のSATA SSDと何が違うのかわからず、困っている方も多いのではないでしょうか。

そこで今回の記事では、NVMeの特徴や仕様、今後の課題、SATAとの違いなどについて、詳しく解説していきます。

新しくNVMeを利用しようか検討している方は、ぜひ参考にしてください。

NVMeとは？

NVMe（Non-Volatile Memory Express）は、非揮発性メモリを使用するSSDの新しい通信規格です。

NVMeを採用したSSDは、通常のSSDより小型で、データの読み書きスピードが高速です。そのため、SATA （Serial Advanced Technology Attachment）やSAS（Serial Attached SCSI）接続より高速なデータ転送が実現します。

NVMeが開発された背景として、従来のSAS SSDやSATA SSDの転送速度の限界が挙げられます。それを克服するため、NVMeではSSDやフラッシュストレージのメリットを最大限利用し、データ処理を飛躍的に高速化しました。

NVMeは、そのパフォーマンス性の高さから、さまざまな分野で導入が進んでいます。

NVMeの特徴

NVMe SSDは、高速データ転送を実現するため、従来のSSDとは異なる特徴を備えています。

ここでは、代表的な2つの特徴について、詳細を確認していきましょう。

コマンドキューの数

NVMe SSDは、コマンド処理に必要なキューの数を、従来の1個から65536個へ大幅に増加させました。

これにより、多くのコマンドを同時に処理でき、データ転送の並列処理力が大きく向上しました。また、従来のSATA SSDと比べ、NVMe SSDは複数のデータ要求を同時に処理でき、高い性能と低遅延を実現しています。

4KBデータの転送効率

NVMe SSDは、1フェッチから2フェッチになったことで、転送時に必要なメッセージが2つから1つへと減少しました。これにより、データの転送効率が大きく向上し、より効率的なデータストレージが実現されました。

特に、4KBなどの小さなデータブロックの転送時に効果的で、従来より高速な読み書きが可能となりました。

NVMe SSDのフォームファクタ

NVMe SSDは、さまざまなフォームファクタ（物理的なサイズ・形状）で提供されています。それぞれのフォームファクタは、適する用途やシステム構成が異なるので、目的に応じて適切なものを選ぶ必要があります。

以下で、主要な4つのNVMe SSDのフォームファクタについて、特徴や違いを説明します。

M.2

M.2フォームファクタのNVMe SSDは、主にノートパソコンなどの小型端末向けに使われる、コンパクトなサイズの規格です。

M.2 SSDは、通常のPCIe拡張スロットに取り付けられ、高性能のストレージを提供します。

U.2

U.2フォームファクタのNVMe SSDは、3.5インチのハードドライブと同じサイズのケースに収まる規格です。

U.2 SSDは、スケーラビリティと信頼性が求められ、大容量のストレージと高性能を必要とする環境で利用されます。

AIC

AIC（Add-In Card）フォームファクタのNVMe SSDは、PCIeスロットに拡張カードとして取り付けられる規格です。

AIC SSDは、大容量のデータ処理やストレージ、パフォーマンス性の高さが重要となる、ワークステーションやサーバーなどで利用されています。

EDSFF

EDSFF（Enterprise & Datacenter Storage Form Factor）は、名前の通り、エンタープライズとデータセンター向けに設計されたNVMe SSDの規格です。

EDSFF SSDは、大規模なデータストレージを備え、冷却効率が高いので、データセンターでの運用に最適です。

NVMeの課題

NVMeは、多くの環境で導入が進む一方で、いくつかの課題に直面しています。

ここでは、代表的な3種類の課題について、詳細を確認していきましょう。

CPU PCIeレーン数の制約

NVMe SSDの高速なデータ転送を実現させるには、PCIeレーン数が大きく関係します。しかし、CPUにはPCIeレーン数の制約があるため、接続できるNVMe SSDの数も、それに従って制限されます。

たとえばIntelのCPUにおいては、PCIeレーン数はプロセッサのモデルによって異なります。一般的なデスクトップ用のCPUでは、16～20個のPCIeレーンが備わっていますが、これらのレーンは、GPUをはじめ、さまざまなデバイスに割り当てられます。そのため、GPUに割くレーン数が増えるなどすると、NVMe SSD用のレーンに制限が生じます。

また、AMDのCPUには、PCIeレーン数が多く割り当てられており、通常は20以上のPCIeレーンが備わっています。ただ、チップセットリンクやGPUなどにレーンが使われた結果、NVMe SSD用のレーンが制限されることも多いので、注意が必要です。

NVMe SSDでのHW RAID構成するための課題

NVMe SSDは、そのパフォーマンス性の高さから、データセンターやサーバーでの利用が増えています。しかし、NVMe SSDでHW RAID（Redundant Array of Independent Disks）を構成するには、選択可能なオプションが制限される点に注意が必要です。

対処法としては、HW RAIDを構成する前に、使用したいNVMe SSDとHW RAIDコントローラーの互換性を確認することが重要になります。それぞれのメーカーのWEBサイト等を参照し、間違いのない組み合わせになるよう注意しましょう。

LED locateの課題

NVMe SSDには、ドライブを特定するためのLED（Light Emitting Diode）が備わっていて、これを「LED locate」と呼んでいます。しかし、一部のNVMeメーカーの製品では、LED locate が正しく点灯しない問題が発生しています。

この問題は、今後の新製品リリースによって改善が見込まれていますが、現時点では、症状が発生した際の対応策は示されていません。

そのため、LED locateを頼りにドライブを特定する必要がある場合は、製品を選ぶ際に不具合が報告されていないか、しっかり確認するようにしましょう。

参考：The locate LED on some NVMe drives does not identify the correct drive – Lenovo ThinkSystem SR950｜Lenovo

NVMe SSD とSATA SSDの違い

NVMe SSDとSATA SSDの間には、いくつかの違いがあります。ここでは、代表的な4種類の違いについて、詳しく確認していきましょう。

転送速度

転送速度は、NVMe SSDの方がSATA SSDより高速です。

NVMeはPCIe接続規格を採用しているため、非常に高い帯域幅と、低いレイテンシが実現し、大容量のデータ処理が可能となります。

その一方、SATA SSDは従来の古典的なSATA接続規格を使っているため、帯域幅が低くなり、転送速度もNVMeに比べると遅くなる傾向にあります。

製品価格

製品価格は、NVMe SSDの方がSATA SSDより高価です。

SATAはデータ転送規格として20年以上の歴史があり、低コストでの製造が可能となっています。その一方、NVMeはまだ新しく、フラッシュメモリとの組み合わせなどにコストがかかるので、どうしても製品価格が高くなってしまいます。

そのため、高機能を求める場合はNVMeを、価格と性能のバランスを求めるならSATAと、ニーズに応じて選び分けるとよいでしょう。

発熱量

NVMe SSDは、高速データ通信を実現させるため、高負荷のデータ処理を行う必要があり、発熱量がSATA SSDより多くなりやすいです。

そのため、NVMeを採用する場合は、適切な冷却装置の設置が重要となります。

ただ、一般的なNVMeにはヒートシンクや冷却ファンが既に組み込まれているため、別途の設置は不要な場合も多いです。

接続規格

NVMe SSDとSATA SSDの違いは、接続規格にもあります。

NVMe SSDはPCIe接続規格を使用しています。これは高い速度を実現する接続方法ですが、古いPCやマザーボードだと、互換性がなく接続できない可能性があります。

その一方、SATA SSDは歴史のあるSATA接続規格を採用しているため、ほとんどのデバイスに接続が可能です。

まとめ

今回は、NVMeの特徴や課題、SATAとの違いなどについて、詳しく確認してきました。

NVMeは、従来のSATAに比べて、高効率のデータ通信を実現したSSD規格であり、その高速性からさまざまな分野で注目を浴びています。従来のSSDに不満がある場合や、より高速なデータ転送を必要とする場合は、NVMeを導入することを検討してみてはいかがでしょうか。

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