フラッシュストレージが主流になる理由【前編】

SATA／SAS接続型SSDではなく、なぜ「NVMeフラッシュ」が選ばれるのか

ストレージインタフェースにSATAやSASを採用したSSDよりも、NVMeを採用したフラッシュストレージが選ばれる傾向があるという。その理由とは何か。

公開 2020年03月16日 05時02分

更新 2020年05月02日 07時31分

著者

Kurt Marko

[TechTarget]

印刷する連載新着通知を受け取る

　企業の間でHDDから、SATA（Serial ATA）やSAS（Serial Attached SCSI）といったHDDと同様のストレージインタフェースを備えたSSD（ソリッドステートドライブ）への置き換えが進んでいる。大容量のデータを保存するための記憶デバイスとしてSSDなどのフラッシュストレージの実用性が高まっているためだ。現時点ではHDDの総出荷台数がかろうじてフラッシュストレージを上回っている状況だが、2020年か2021年には逆転すると予測されている。

　SSDをHDDと比べた場合、スループット（実効的なデータ転送速度）とデータ読み書きの速度が高いという大きな利点がある。ただしSSDがHDDのフォームファクター（形状や大きさに関する仕様）とストレージインタフェースの互換性を維持する限り、NAND型フラッシュメモリの潜在能力を最大限発揮することはできない。特にフォームファクターに2.5型のスモールフォームファクター（SFF）、ストレージインタフェースにSATAを採用している場合はそうだ。

　こうした状況は変わりつつある。PCI Express（PCIe）接続のインタフェース規格NVMe（Non-Volatile Memory Express）に準拠した高性能のフラッシュストレージが企業の間で普及し始めているからだ。

　本稿は、企業向けフラッシュストレージのトレンドやNVMe接続デバイスが優勢になる理由などを紹介する。

併せて読みたいお薦め記事

SSDとHDDを比較

フラッシュストレージの基本を理解

SATAの衰退とNVMeの隆盛

　調査会社のStatistaは、2021年に初めてSSDの出荷台数がHDDを上回るだろうと予測する。同じく調査会社のResearch and Marketsによれば、企業向けフラッシュストレージ市場は2018年から2024年にかけて年間17％で成長し、2024年に約250億ドルの売上高に達すると予測している。出荷台数が大幅に伸びる理由は、Alibaba Cloud、Amazon Web Services（AWS）、Google、Microsoftといった大手クラウドベンダーやコロケーション用のデータセンターでの採用が増えていることだ。

　フラッシュストレージが企業向けの市場でHDDと競い合うための最も簡単な方法は、HDDと同じストレージインタフェースを採用することだった。数年前まではSATAやSASをインタフェース規格として採用したSSDが市場の主流だったが、より性能が高いNVMe接続を採用したフラッシュストレージの導入が2017年後半から爆発的に進んだ。2018年半ばにはNVMe接続のフラッシュストレージの出荷容量がSATA接続のSSDを超えた。

NVMeが選ばれる理由

　NVMeがSATAよりも好まれる理由は幾つかある。その例を以下に挙げる。

NVMeを採用する不揮発性メモリが複数登場
- メインメモリとストレージの双方に使える「ストレージクラスメモリ」の技術に基づく不揮発性メモリが登場し始めている。ストレージクラスメモリの技術には、Intelの「Optane」シリーズが採用する「3D XPoint」、Everspin TechnologiesやAvalanche Technologyといったベンダーが提供する「磁気抵抗メモリ」（MRAM）などがある。こうした不揮発性メモリはI/O（データ読み書き）の仕組みを合理化して、I/O速度を格段に高めている
同時に処理できるコマンド数の多さ
- NVMeは、ストレージコントローラーが各種コマンドを蓄積するコマンドキューを同時に最大6万4000個利用でき、それぞれのコマンドキューは最大6万4000個のコマンドを収容できる。一方SASは254個のコマンドキュー、SATAは32個のコマンドキューしか同時に利用できない。NVMeはシステムが利用できるプロセッサコア数に合わせてパフォーマンスの拡張を可能にする機能も備える
SASやSATAよりも単純かつ合理的なNVMeのコマンドセット
- NVMeはオーバーヘッド（余分な処理による負荷）が小さく、I/O要求ごとに必要なプロセッサからの命令がSASやSATAの半分以下になる。この効率性によってIOPS（1秒間に処理可能なデータ読み書き数）が向上し、遅延が低減する。NVMeのコマンドセットはシステム効率性を高める予約や電源管理などの機能も含む
効率性を高める技術の採用
- NVMeは、サーバ仮想化におけるハイパーバイザー側の処理をPCIeデバイス側で実行する「シングルルートI/O仮想化」（SR-IOV）といった技術を取り入れるなど、効率性を高める技術を採用している