M.2 NVMe SSDとは何ですか? 数分で DIY のベテランに。

2006 年に Samsung が最初の民間用 SSD をリリースしたとき、この性能の怪物がわずか 10 年でストレージ業界における 60 年間にわたる HDD の優位性を覆し、ますますそれに取って代わるようになるとは誰も予想していませんでした。コンピューターに SSD を取り付けないとダメです。

その後、マザーボードのハードディスク インターフェイスが変更されました。従来の SATA インターフェイスでは SSD のパフォーマンスが制限されていました。このため、人々は、現在非常に普及している M.2 インターフェイスを含む、さまざまなより効率的な伝送インターフェイスを開発しました。

実は、SATA から M.2 までのインターフェイスは、未だに技術開発の波に埋もれているものが多くありますが、今回はなぜ M.2 インターフェイスがブレイクし、新しいインターフェイスの主流になったのかについてお話します。M.2インターフェイスを備えたSSDは必ずしも良いですか？

「遅い」インターフェース

2009 年に、シリアル ATA 国際機関 (SATA-IO) は、シリアル ATA 国際機関 (SATA-IO) の新しいバージョンを正式にリリースしました。 SATA リビジョン 3.0 インチは、古いバージョンの仕様との下位互換性もあり、理論上の最大伝送帯域幅は 3Gbps から 6Gbps に 2 倍になっています。

SATA 3.0 インターフェイスは、SATA インターフェイスの後継として、さまざまな新しいインターフェイスと比較して技術的に成熟し信頼性が高く、多くのデバイスと互換性があり、人気が高く、また、通常の 2.5 インチ SSD では 6Gbps で十分です。 3.0インターフェースもマザーボードには必須のインターフェースとなっています。

SATA-Express (SATAe) は、SATA Association によって提案されたソリューションです。SATA-Express は、SATA インターフェイス + PCI-Express のハイブリッドです。理論上の最大帯域幅は 10Gbps に達します。SATA規格の古いハードドライブと互換性があり、SATA-Express インターフェイスを備えた高速 SSD も使用できます。各 SATA -Express インターフェイスは、1 台の SATA-Express ハードドライブ、または 2 台の SATA ハードドライブを接続できます。

しかし、SATA-Express が現在主流のインターフェイスになるのを見たことがありません。その理由は次のとおりです。まず、SATA-Express はマザーボード上のスペースを占有しすぎます。一部のネチズンは、SATA-Express は歴史を逆行させ、IDE 時代に戻ることを夢見ているとさえ言いました。プラットフォームの多用途性、そして第二に、競合他社と比較して帯域幅の点で何の利点もなく、本当に役に立ちません。

その間、ノートが普及し、皆が薄くて軽いノートを追求し始め、SSDも小型化しようと皆が努力し始めたので、mSATAインターフェイスが登場しました。

mSATA は、SATA Association によって開発された mini-SATA (mSATA) インターフェイス コントローラーの製品仕様であり、このコントローラーを使用すると、SATA テクノロジを小型デバイスに統合できます。同時に、mSATA は SATA インターフェイス標準と同じ速度と信頼性を提供します。

しかし、当時のマスタインターフェースを搭載したSSDは面積や粒子数に制限があり、同時代の2.5インチSSDに性能や容量を及ぼすのが難しかったため、mSATAの普及は結局失敗に終わりました。

同時に、サイズが小さいため価格が高かったことに加え、当時 SSD の開発がまだ成熟しておらず、容量と価格の比率が低かったため、ほとんどの消費者がそれを購入しませんでした。 mSATA インターフェイスを備えた SSD の可能性は常に限られていたため、大手メーカーはすぐにこのインターフェイスの販売を諦め、他の方法を探し始めました。

まとめ：

インターフェイスが小さいと帯域幅もパフォーマンスも不十分です。帯域幅が十分であればインターフェイスが大きすぎます。十分な帯域幅と優れた汎用性を備えたインターフェイスを実現するには、根本から変更する必要があることに人々は気づき始めています。 SATA インターフェイスに依存しなくなり、AHCI 標準がわずかに改訂されました。

理論的に言えば、ハードディスクに保存するときの遅延には、ストレージ メディア自体、コントローラ、ソフトウェア インターフェイス規格の 3 つの主な側面があります。

従来の AHCI 標準は常に高遅延 HDD に基づいて設定されており、長い間、SSD の急速なパフォーマンス向上に対応できませんでした。SSD をより深く理解し、フラッシュ メモリの特性に基づいて開発されたインターフェイス標準が緊急に必要とされていたため、NVMe インターフェイス標準が誕生しました。

NVMe インターフェース標準はなぜ革新的なのでしょうか?

NVMe 規格、正式名 Non-Volatile Memory Express (不揮発性メモリ規格) は、PCI-E チャネルを使用する SSD の仕様であり、2007 年のインテル開発者フォーラムで初めて提案され、同年にインテルが主導しました。 . NVMHCIワーキンググループが設立されました。

PCIe SSD 製品の NVMe 標準は、コントローラーとソフトウェア インターフェイスの遅延を効果的に削減できます。最も重要なことは、SSD が PCI-E チャネルを通じて CPU に直接接続できるようになり、データ遅延が効果的に削減されることです。 , NVMe は呼び出し方法を簡略化します。AHCI の A コマンドごとにレジスタを 4 回読み取る必要があり、合計 8000 CPU サイクルが消費され、2.5μs の遅延が発生します。しかし、NVMe ではコマンド実行時にレジスタを読み取る必要がありません。

NVMe PCIe SSD は遅延を効果的に削減できます

さらに、新しいプロトコルは SSD の IOPS (1 秒あたりの読み取りおよび書き込み時間) パフォーマンスも大幅に向上させることができます。理論的には、IOPS = キューの深さ / IO 遅延であるため、キューの深さを増やすことで SSD の IOPS を効果的に向上させることができます。

従来の ACHI 標準では、キューの深さは最大 32 に達する可能性がありますが、NVMe 標準では、この値は 64,000 に達する可能性があり、これは以前の 2,000 倍です。

さらに、NVMe には、自動消費電力状態切り替え、動的なエネルギー消費管理、ドライバー不要などの機能も追加されており、幅広いドライバー適応性と低消費電力を実現します。

キューの深さの大幅な増加

まとめ：

従来の ACHI と比較して、NVMe インターフェイス標準は、コントローラとソフトウェア インターフェイスの遅延を効果的に削減し、ソリッド ステート ドライブの IOPS パフォーマンスを大幅に向上させ、低消費電力と幅広いドライバ適応性の利点も考慮します。したがって、NVMe インターフェース規格は革新的であると言えます。

なぜ M.2 インターフェースが際立っているのでしょうか?

これを見て読者の皆さんも、NVMe規格をサポートしているからこそM.2インターフェイスが目立つのだと理解していただけるのではないでしょうか？

私の推測は半分正解でした。実際、NVMe 標準をサポートするインターフェイスは M.2 だけではありません。より純粋な PCIe インターフェイスや非常にニッチな U.2 インターフェイスもあります。最初にこの U.2 インターフェイスについて話しましょう。なぜU.2は主流になれないのか。

U.2の正式な学名は実際にはSF-8639インターフェースと呼ばれており、インターフェースの設計思想はSATA-Eのそれと同じであり、既存の物理インターフェースを可能な限り使用し、さらに多くの物理インターフェースを追加します。 NVMeなどのプロトコルに対応し、帯域幅もPCI-EからE x2からPCI-E x4に増加したU.2はSATAeの究極版と言えます。

U.2 インターフェイスが悪いとは言えませんが、競合他社の M.2 インターフェイスと比較すると、汎用性の点で若干劣っており、これはインターフェイスの人気にとってむしろ致命的です。デスクトップまたはラップトップ コンピュータにケーブルやアダプタ カードを接続するのは特に不便であり、U.2 インターフェイスが徐々にニッチで疎外されつつあることは驚くべきことではありません。

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NVMe プロトコルにより SSD は PCI-E チャネルをより高速に使用できるのに、なぜ SSD を PCI-E チャネルに直接接続されている PCIe インターフェイスに直接接続できないのでしょうか? メーカーはこの問題についても考えました。そしてPCIeインターフェイスを備えたSSDも自然に登場しました。

PCIe インターフェイスを備えた SSD は常に高性能の代名詞であり、そのインターフェイス規格は M.2 PCIe SSD と同じですが、より大きな PCB ボードにより PCIe SSD の容量が大きくなり、エンタープライズ レベルの消費者により適したものになります。

ただし、汎用性は M.2 インターフェースほど柔軟ではないため、本質的に同じである M.2 PCIe SSD と PCIe SSD は、製品の位置付けの点で分岐し始めています。 PCIe SSD は企業ユーザーなどのハイエンド ユーザーをターゲットとしています。

まとめ：

さまざまなインターフェイスが普及しなかった理由を読んだ後、M.2 インターフェイスが主に次の 2 つの点に依存してブレイクする可能性があることを誰もが理解しているでしょう。

1. NVMe 伝送プロトコルをサポートし、より広い帯域幅を備え、IOPS が向上します。 SSD の IOPS を大幅に向上させ、SSD の遅延を短縮します。

2. NVMe 伝送プロトコルをサポートする他のインターフェイスよりもインターフェイスの汎用性が高く、サイズが小さく、さまざまなモバイル プラットフォームに適しています。

では、あなたが話している素晴らしい M.2 インターフェイスとは一体何なのでしょうか?

M.2 は、実際には標準コネクタ インターフェイスであり、以前は NGFF (Next Generation Form Factor) として知られ、HP が主導する PCI-SIG 協会によって発行されたプロトコルであり、規格名は PCI Express M.2 仕様です。同じコネクタ上で複数のモジュール/カードをサポートすることです。これは、よく知られている SSD に加えて、WIFI、Bluetooth、グローバル衛星ナビゲーション システム、NFC などもサポートします。

M.2 インターフェイスには次の主な利点があります: 高速化をサポートし、大きな可能性を秘めています。PCI-Emini カードと比較して、PCB スペースの 20% とコネクタの高さの 15% を節約し、より小型でコンパクトです。 PCI-E 3.0/4.0、USB3.0、SATA3.0 が現在の 3 つの主流規格であり、インターフェイスはより「万能」です。

コンパクトなサイズとさまざまな主流通信インターフェイスのサポートにより、M.2 は非常に多用途になり、M.2 インターフェイスの普及への道が開かれます。

M.2 モジュール サイズに関して、M.2 仕様 1.0 では合計 11 のモジュール/カード サイズが定義されていますが、主流の SSD サイズは 2242、2260、および 2280 のみであり、命名もモジュール/カードのサイズに基づいています。たとえば、M.2 2242 の場合、22 は幅 22 mm、42 は長さ 42 mm です。

長さが長いほど、より多くのフラッシュメモリ粒子を配置することができ、容量が大きくなるからである。したがって、M.2 SSD を購入するときは、まずマザーボードがサポートする M.2 モジュールのサイズを確認する必要があります。

M.2モジュールのサイズ

主流の SSD サイズ

M.2 コネクタには 3 種類のソケット (Socket1、2、および 3) があることに注意することが特に重要です。Socket1 はすべてはんだ付けされており、一般的ではない 1216、2226、および 3026 サイズにのみ適しています。

ソケット 2 は SATA および PCI-E X 2 インターフェイスをサポートします。一方、Socket3 は PCI-E x 4 チャネルのみをサポートし、最大 32Gbps の帯域幅、SATA の 5 倍である 4GB/S に近いインターフェース伝送速度を備え、ハイパフォーマンス向けに特別に設計されています。ストレージ。

現在、市場に出回っている一部のマザーボードは、これら 2 つのインターフェイスと互換性のある M.2 インターフェイスを備えており、SATA チャネルまたは PCI-E チャネルを使用できますが、一部のマザーボードは Socket3 インターフェイスのみをサポートし、PCI-E チャネルを使用するため、SSD を購入する必要があります。使用する前に、マザーボードの M.2 インターフェイスを理解することが非常に重要です。

Socket 3 と Socket 2 SSD インターフェイスの外観の違いについては、ここで確認できます。

左側は「B キー」をサポートするスロットです。左側の短いセクションは 6 ピン設計を採用しています。「B キー」と併用する場合は、Socket 2 インターフェイスとなり、 SATA または PCI-E X2 チャネル。

もう 1 つは「M キー」をサポートするスロットです。右側の短いセクションは 5 ピン設計を採用しています。「M キー」と併用する場合、インターフェイスは PCI-E X4 チャネルを使用します。ソケット 3 インターフェイスです。

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M.2 インターフェイスの SSD は必ずしも優れているのでしょうか? 必ずしも！

M.2 インターフェイスを備えた SSD を購入し、SATA チャネルを使用する場合、その伝送プロトコルは従来の ACHI のままであり、最大読み取りおよび書き込みパフォーマンスは SATA3.0 インターフェイスを備えた SSD と変わりません。何！地区！やめてください！

したがって、これらを区別するために、M.2 インターフェイスを備え、NVMe プロトコルをサポートする高性能 SSD を NVMe M.2 SSD と呼びます。

ただし、同じ NVMe M.2 SSD のパフォーマンスも、主に 2 つの要因によって大きく異なる場合があります: 1 つは SSD インターフェイス タイプが PCI-E 3.0 か古い PCI-E 2.0 か、もう 1 つは SSD の種類です。 PCI-E X 4 (ソケット 3) または PCI-E X 2 (ソケット 2)。最大の違いは理論上の最大帯域幅とインターフェイス速度にあり、編集者は誰でも簡単に理解できるように表を作成しました。

PCI-E 3.0 X 4 SSD が理論上最高のソリッド ステート ドライブであることが簡単にわかります。

ただし、編集者は、Socket 3 と PCI-E 3.0 X 4 インターフェイスを備えた M.2 SSD を購入することだけをお勧めすると言っているわけではありません。もちろん、これは最強の M.2 SSD ですが、同時に最も高価な M.2 SSD でもあります。 2SSD。

SSD の登場は HDD ユーザーに大きな衝撃を与え、日常の使用感は大きく向上しましたが、今回の SATA SSD と比較して、NVMe M.2 SSD は実際に日常の使用において明らかな違いを感じることはありません。 、ほとんどの日常的なアプリケーションでは、通常の SSD がボトルネックになることはありません。

編集者は必要なものを購入することを常に推奨していますが、負荷のかかる作業に使用せず、大きなファイルを頻繁に読み書きする必要がない場合は、高性能の NVMe M.2 の価格が下がるまで待ったほうがよいかもしれません。 SSDがさらにお求めやすくなりました。

結論：

2012 年の IDF で、Intel は、mSATA に代わって伝送速度を向上させながら Ultrabook の厚さをさらに薄くするために、主に Ultrabook プラットフォームでの使用を目的として、NGFF テクノロジー規格を備えた SSD を精力的に推進し始めると提案しました。思いがけず、そのメリットを味わったメーカー各社がこのインターフェースを他の分野にも広め始め、大草原の火を起こすような勢いでM.2インターフェースは急速に普及し、次のステップは高性能NVMe M.2 SSDの普及です。 。

10年前に発売されたばかりの1TBメカニカルハードディスクは3,000という高額な価格でしたが、今では設置に必須の機器となり、人間の技術の進歩によりSSDのコストはさらに下がっています。 すべてのコンピュータが NVMe M.2 SSD に接続される日もそう遠くないと思います。