NVMe SSDとは?知っておきたい基礎知識と驚異的な速度の理由

ストレージ技術はコンピュータの誕生以来、目覚ましい進化を遂げてきました。そして今、その最前線にあるのがNVMeです。NVMeは、ストレージデバイスが利用できる帯域幅を飛躍的に拡大することを約束する次世代のストレージ規格です。この記事では、NVMe SSDについて知っておくべきポイントを詳しく解説します。

NVMeとは何か?

NVMeは「Non-Volatile Memory Express(不揮発性メモリ・エクスプレス)」の略称です。従来のドライブが使用する低速なSATAバスではなく、超高速なPCI Expressバスを使ってCPUと通信するストレージ接続規格です。最大転送速度の飛躍的な向上に加えて、転送の並列化、深いキューイング、システム割り込みといった特徴も備えています。

ハイエンドのコンシューマー向けおよびエンタープライズ向けストレージにおいて、NVMeは新しい標準となりつつあります。PCの製品一覧を見てみると、上位モデルのノートパソコンやワークステーションに搭載オプションとして表示されているはずです。また、Appleのモバイルデバイスには標準で組み込まれており、一部のAndroidスマートフォンメーカーもNVMeストレージを採用しています。

SATAと同様に、NVMeは接続規格であり、フォームファクター(形状規格)ではありません。ドライブのサイズや形状を示すものではなく、あくまで接続方式を定義するものです。一方のM.2はフォームファクターですが、NVMeとの関連が非常に深いため、技術的には不正確ながらも両者が同義語のように扱われることがあります。情報を調べる際には、この混同を避けるようにしましょう。

NVMe SSDはどれくらい速いのか?

NVMeが誕生した背景には、新型SSDがSATA IIIの帯域幅すら飽和させてしまったという事情があります。理論上の最大6Gb/s(ギガビット。ギガバイトの8分の1)というSATA III接続は、良好な環境下にある高品質なSSDによって瞬く間に使い果たされてしまいます。しかし、フラッシュストレージはSATA IIIの許容範囲をはるかに超える速度に到達できます。シリコンをSATAの制約から解放するために生まれたのがNVMeなのです。

1台のドライブに2つのインターフェースを使ってSATA IIIの帯域幅を倍増させるという案もありますが、これは手間もコストも電力消費も大きい非現実的な発想です。そこで業界は、デジタルストレージの未来としてNVMeドライブへと舵を切りました。最速かつ将来性のあるストレージデバイスを求めるなら、NVMeは現代の技術の頂点と言えるでしょう。

PCI Expressバス経由でデータを送信する際、NVMeは最大4本のPCI Expressレーンを使用してデータを並列送信できます。各レーンは約4GB/s(32Gb/s)を処理可能で、これはSATA IIIの理論最大値の5倍以上に相当します。実際にここまでの速度に達するデバイスは存在しませんが、SSDが活用できる余地は計り知れません。その結果、OSとストレージバスが処理できる限界の速度で転送が行われ、データ転送速度とマシン全体の生産性が飛躍的に向上します。

NVMe SSDは、現在市場で購入できる中で最速のSSDです。もともと高速なフラッシュメモリと、ほとんどのPCで利用可能な最速の接続規格を組み合わせています。速度を重視するなら、選ぶべきは間違いなくNVMeです。

まとめ:PCI Express vs. M.2 NVMe SSD

現在のコンシューマー向けNVMeドライブの多くは、M.2フォームファクターで販売されています。ガムサイズほどの小型のこのストレージ形式には、驚くほど多くのNANDセルを収めるのに十分なスペースがあり、通常はマザーボード上の専用M.2スロットに接続されます。また、M.2カードはM.2 SSDに対応したPCI Expressカードに取り付けることもでき、市販されているPCI ExpressフォームファクターのNVMe SSDの一部は、実際にこの方法で製造されています。一方で、チップを基板に直接はんだ付けするメーカーもありますが、性能差が顕著になるのは、最高レベルの利用率や信頼性が求められるケースのみです。

NVMe SSDにとって、PCI Expressフォームファクターを採用することによる速度面のメリットはありません。ストレージコントローラーとCPU間の電気的な接続は、どちらの形式でも同じだからです。ただし、PCI Expressカードはファンやヒートシンクの構成によっては優れた冷却性能を発揮できる可能性があります。これは、回路基板上により多くの補助部品を搭載できるPCI Expressカードの大型化による、ごく自然な結果です。