フラッシュメモリのフォームファクタ、インタフェースなどを解説

SSDを購入、その前に知っておきたい最新メモリ技術と“価格問題”（3/4 ページ）

公開 2016年06月15日 12時00分

更新 2016年06月22日 12時30分

著者

Dennis Martin

[TechTarget]

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インタフェース

　ストレージのインタフェースとは、ストレージデバイスのタイプに対応した物理コネクター（ケーブルを含む場合もある）を指す。サーバ内のストレージデバイス（フラッシュストレージを含む）で使う主要なインタフェースの種類を以下に示す。

SATA（Serial ATA）　Serial ATAは通常、低価格のストレージデバイスで使用する。フォームファクタとしては、SSD、M.2、DOMおよびmSATAが存在する。Serial ATAは、光学ドライブでも採用している。ポイントツーポイント型インタフェースなので1つのコネクションで1台のデバイスをサポートする。転送速度は最大6Gbps。

SAS（Serial Attached SCSI）　SASは主として、SSDやHDDのフォームファクタを採用したエンタープライズクラスのストレージデバイスで採用している。1つのコネクションで最大6万5535台のデバイスをサポートでき、エンタープライズストレージアレイやJBOD（Just a Bunch Of Disks：RAID機能を持たないHDDの集合）のシャシー、サーバ内のドライブバックプレーンなどで広く利用している。

　SASは、デュアルポートデバイスおよびワイドポートデバイスをサポートするので、1台のホストで広帯域コネクションやフェイルオーバー用に2系統のコネクションを確保したり、2台のホストが同時に同じドライブにアクセスしたりできる。現在の最大転送速度は12Gbpsだが、2018年ないし2019年に「PCIe 4.0」が登場した後、早い時期に24Gbpsに対応するというロードマップが示されている。SASバックプレーンはSATAドライブのホットプラグをサポートする（上図にSSDの各種フォームファクタのドライブのバックプレーンを示す）。

U.2（旧名称 SFF-8639）　このインタフェースは、PCI Express／NVMe SSDをサポートする。U.2はバックプレーン用インタフェースで、SASデバイスと下位互換性がある。これは、NVM Express（NVMe）デバイス、SASデバイスおよびSerial ATAデバイスと接続できることを意味する。U.2スロットに接続可能なNVMe SSDの多くは、「PCI Express 3.0」の4レーンを使用し、最大4Gbpsの転送速度を実現する。

PCI Express　このインタフェースは、AICおよびM.2のフォームファクタに準拠したストレージデバイスをサポートする。PCI Expressバスの幅は最大で16レーンだが、AICフォームファクタに準拠するストレージデバイスの一般的なバス幅は4レーンもしくは8レーンで、転送速度は最大8Gbpsになる。PCI Expressをインタフェースとして使用するM.2フォームファクタのデバイスは通常、2レーンまたは4レーンを使用する。

DIMM　DIMMは、フラッシュやNVDIMMなどのストレージ技術に対応できる。現在、DDR4メモリモジュールの速度は最大19.2Gbpsで、遅延は、数十ナノ秒程度に収まる。

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プロトコル

　プロトコルとは個々のインタフェースで動作する通信を行う手続きを実行するコマンド群を指す。Serial ATAインタフェースはSerial ATAプロトコルをサポートし、SASインタフェースは、SAS（あるいはSCSI）プロトコルをサポートする。NVMeと呼ぶ比較的新しいプロトコルは、現在および将来登場する不揮発性メモリ技術を使用するストレージ向けに設計している。NVMeではI/Oリクエストを完了するのに必要なプロセッサ命令の数を減らすことでストレージ処理の効率を向上する。

　NVMeで目指す目標の1つが、ホストソフトウェア群の遅延を大幅に減らしてフラッシュストレージハードウェアの進歩についていくことだ。NVMeは現在、PCI Expressインタフェースを使用する各フォームファクタをサポートしている。

　NVMeは、I/Oリクエストとレスポンスを同じプロセッサコアに割り当てることで、マルチコアプロセッサを活用した高度な並列処理を実現する。また、各キューに64K個のコマンドを保持でき、キューの数も最大64K個となっており、これらは他のストレージプロトコルを大幅に上回る。これは、大量のI/O処理を受け入れられることを意味し、その結果、他のプロトコルと比べて大幅なパフォーマンス改善を実現する。

　NVMeのロードマップにある「NVMe over Fabrics」は、RDMA（Remote Direct Memory Access）ファブリックあるいはFibre Channelファブリックを使用して、NVMeの利点を大きく拡大する。

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