2024年時点で、SSDの主流は「NVMe接続」であることに異論がある方はいないでしょう。

革新的な処理速度によって、NVMeはあっという間にSATAやSASを駆逐しました。しかし、なぜNVMeだけがこれほど速いのでしょうか。

今回は、意外と理解していないNVMeの速さの秘密を解説します。

NVMeが速い理由5つ

NVMeが速い理由は、以下5つに集約できます。

1. 設計の違い：HDD vs フラッシュストレージ

SATA（Serial ATA）やSAS（Serial Attached SCSI）は、元々HDD向けに設計されたインターフェースです。

これらは、HDDが主流だった時代に最適化された技術であり、回転するディスクと機械的なアームによるデータアクセスを前提としています。

一方、NVMeは、フラッシュストレージ専用に開発された転送プロトコルです。SSDの特性を最大限に引き出すために、NAND型フラッシュメモリに最適化されています。

2. インターフェースの違い

NVMeは、汎用インターフェースであるPCIe（PCI Express）を介してデータを転送します。

PCIeは高帯域幅と低レイテンシを提供するため、フラッシュメモリの高速データ転送に非常に適しています。これに対し、SATAやSASはそれぞれ転送速度に限界があり、レイテンシも高めです。

SATA: 最大転送速度は600MB/s（SATA III）
SAS: 最大転送速度は12Gb/s（1.5GB/s）
NVMe: PCIe 4.0 x4では、最大転送速度は8GB/s、PCIe 5.0 x4では最大16GB/s

3. キューと並列処理

NVMeは、キューの並列処理をサポートしています。命令の列を同時に複数処理することで、高速なデータ転送を実現しているわけですね。

具体的な数字で言うと、NVMeは最大64,000のキューの命令をサポートします。一方、SATAはキュー深度が32であり、並列処理能力が限られています。

64000を待機させて処理する力と32を処理する力ですから、同時に大量のデータを高速に処理できることは想像できますよね。

4. バッファーの最適化

NVMeは、バッファー（一時的な記憶領域）もフラッシュメモリに最適化されています。バッファがあるので、データの読み書きが効率的に行われ、高速なアクセスが可能です。

SATAやSASは、HDDの機械的な特性に合わせて設計されたバッファーを使用するため、フラッシュメモリの特性を十分に活かせません。

5. NVMe over Fabrics（NVMe-oF）

NVMeのさらなる強みは、NVMe-oF（NVMe over Fabrics）技術にあります。

NVMe-oFは、イーサネットやファイバーチャネルなどの通信規格を介して、物理的に離れたデバイス間でもNVMeの高速転送を実現します。

データセンター内の複数のサーバーやストレージデバイス間で高速なデータ転送が可能となり、ネットワーク全体のパフォーマンスが向上するというわけです。

家庭内での恩恵は小さいですが、NVMeの優れた側面ですね。

まだまだNVMe一択の時代は続く

こうしてみると、「むしろ速くないわけがない」というくらいには明確な理由がありますね。

PCIeインターフェースの採用、高度なキューの並列処理、バッファーの最適化、そしてNVMe-oFによる高速なネットワーク転送など、NVMeはSSDのパフォーマンスを最大限に引き出すための数々の技術を備えています。

まさにSSDのための仕組みであり、SSDがメインストレージに採用される限りは覇権が続きそうですね。