PCIe SSDとは？SATAとの違いや速度差、NVMe・M.2の基礎知識を徹底解説

SSD（ソリッドステートドライブ）は、パソコンのストレージに革命をもたらしました。新しい世代のドライブがほぼ毎年登場しており、ハイエンドモデルでは「PCIe SSD」「M.2」「NVMe」といった用語が頻繁に使われています。SSDは磁気式HDDに対して多くのメリットを提供しますが、いくつか留意すべき点もあります。

PCIe SSDがSATAドライブより優れている理由

マザーボード上のインターフェースは、それぞれ動作速度が異なります。USB接続の機器よりもPC内部のパーツ同士のほうが高速に通信できるように、内部インターフェースにもそれぞれ帯域幅の上限が設けられています。

SATAは長年、ストレージをマザーボードに接続するための主要なインターフェースとして使われてきました。従来の磁気プラッター式HDDでは、SATAの転送能力を使い切ることはできません。しかし、SSD技術ならそれが可能です。SATAはケーブルでドライブとマザーボードのポートをつなぐ方式のため、必ずしも直接的とは言えませんが、確実に機能し、ドライブの設置場所に自由度を持たせられるのが利点です。

一方、PCIeはグラフィックボードのように、膨大なデータ帯域と超高速な処理を必要とするコンポーネント向けの高速インターフェースです。PCIeデバイスはマザーボードに直接装着され、CPUへより高いレートでデータを直接伝送します。PCIe接続のSSDでは、データ転送能力よりも読み書き性能のほうがボトルネックになるほどです。

PCIe SSDはどれくらい速いのか

現在のSATA規格はSATA IIIです。理論上の最大速度は6Gb/sで、これは約600MB/sのデータ転送速度に相当します。

PCIeの内訳は少し複雑です。まず、PCIe 1.0、2.0、3.0といった世代があります。バージョン3.0が最新ですが、一部のマザーボードには依然として2.0スロットが搭載されています。

PCIe 3.0対応のマザーボードの場合、「レーン（lane）」も考慮する必要があります。PCIe接続はレーン単位に分割されており、通常は4レーン、8レーン、16レーンのスロットがあり、基板上のサイズで見分けられます。大型の16レーンスロットは、グラフィックボードを装着するための場所です。

PCIe 3.0はレーンあたり理論上1GB/sの速度を持ちます。つまり、PCIe 3.0 x16スロットの理論上限は16GB/sということになり、ストレージとしては非常に高い速度です。一般的なPCIe SSDは4レーンか8レーンを使用することが多いですが、それでもSATAより優れたポテンシャルを秘めています。

ただし、これらの数値はあくまで理論値であり、実際のパフォーマンスがそのまま出るわけではありません。市販のSSDを見てみると、公表されている速度はより現実的な水準ですが、それでもSATAとの優位性は明らかです。

たとえばSamsung 860 EVOは、最大シーケンシャルリード速度550MB/s、最大シーケンシャルライト速度520MB/sを謳っています。一方、最も近いPCIeドライブであるSamsung 960 EVOは、最大シーケンシャルリード速度3.2GB/s、最大シーケンシャルライト速度1.7GB/sと報告されています。しかも960 EVOは、PCIeの4レーンしか使用していないのです。

NVMeとM.2とは何か

PCIeドライブについて語られる際、もう2つの重要な用語が登場します。それが「NVMe」と「M.2」です。

M.2は、SSD専用に設計されたPCIeフォームファクタを指します。標準的なPCIeよりもコンパクトで、M.2フォームファクタのデバイス（ストレージ専用）のみを受け付けます。

M.2は、グラフィックボードのような一般的なPCIeデバイスのスロットを占有したり干渉したりすることなく、SSDがPCIeインターフェースを利用できるようにするために開発されました。また、M.2はノートパソコンでも広く採用されています。マザーボードに平置きでき、省スペースに収まるからです。

NVMeは「Non-Volatile Memory Express（不揮発性メモリー・エクスプレス）」の略です。不揮発性メモリとは、あらゆる種類の記憶用メモリを指します。一方、揮発性メモリとはRAMのように継続的に上書きされ、再起動すると内容が失われるメモリのことです。

NVMeは、PCIe接続のストレージが高速に通信できるよう特別に設計されたプロトコルです。その目標は、SSDをRAMにより近い挙動にすることにあります。RAMは類似した技術を使っており、SSDよりも高速に動作するからです。