SSDのインターフェース

最終更新日 2023年09月07日

基礎

SSDのインターフェースとは、SSDとコンピューター等を接続する規格、仕様、装置、部品です。インターフェース自体の用語が指す対象が幅広く、SSDのインターフェースが何を指すか文脈等から判断が必要です。

インターフェースのデータ転送速度が速いほどデータ読み書き速度が速い

HDDではインターフェースのデータ転送速度が向上しても、HDDのデータ読み書き速度が変わらない場合が多かったです。なぜならインターフェースの方が高速化が進んでいたためです。

SSDはHDDよりもデータ読み書き速度の向上が容易であり、データ読み書き速度の方が高速化が進んでいます。そのため、インターフェースのデータ転送速度が向上すると、SSDのデータ読み書き速度も向上している場合が多いです。

出典
・インターフェースの基礎知識 〜SSDのインターフェースを理解する 1〜 - AKIBA PC Hotline!(2016/08/30公開記事)

廃れ

昔はIDE(Ultra ATA)対応のSSDがありました。SATAはなくIDEはあるパソコンに搭載する需要に応えるためです。2010年頃にはあったと記憶していますが、それでも一部に限られSATA対応SSDが主流でした。今ではIDE自体が廃れており、IDE対応SSDが市場から姿を消しています。

IDE、SATAの変換

マザーボード側がIDE、SSD側がSATAでも変換アダプターを使用し接続できます。ただし、正常に動作するとは限りません。動作してもデータ書き込み時にプチフリーズが発生したり、HDDよりもデータ読み書き速度が遅い場合があります。

データ転送の最大速度がIDEの最大速度になり、SSDにとって遅すぎて高速化できなさそうですが、主にランダムアクセスが発生する処理であれば高速化します。例えばOSが起動するときにランダムアクセスが多く発生しますが、OSの起動にかかる時間が短くなります。

IDEには複数の規格があり、規格によって最大速度が異なります。SSDにとって遅すぎるとデータ読み書き速度がHDDと同じくらいになります。Ultra ATA/33(最大速度33MB/s)程度だと、主にランダムアクセスが発生する処理であってもあまり高速化しません。

SATAのデータ転送速度では不足し始めた歴史的経緯

SSDではフラッシュメモリーを複数実装して並列アクセスし、データ読み書き速度の高速化が簡単です。将来フラッシュメモリー単体のデータ読み書き速度の向上も考慮すると、将来SSDのデータ読み書き速度がSATAのデータ転送速度の限界まで達する予想が、2009年頃にありました。SATAの高速化も進む予想もありましたが、SSDの方が高速化しやすいので限界に達するのが確実とする見方がありました。

2009年頃においてはSATA2(300MB/s)が普及しており、最高性能クラスのSSDのデータ読み書き速度が270MB/s程度でした。まだSATA2の限界に達していないように見えますが、300MB/sは理論値であり実効速度は270MB/s程度なので限界に達していました。SATA3(600MB/s)が普及し始め、SATA2がボトルネックになる問題が解消しました。

2010年春頃に350MB/s程度のSATA3対応SSDが登場し、2010年の冬頃には400MB/s程度のSSDが登場しました。SSDの性能が向上し続け、早々にSATA3の限界に達する予想がありました。2012年の春頃には540MB/s程度のSSDが登場し、SATA3の実効速度は540MB/s程度なので限界に達しました。SATA3の後継が登場せず、540MB/s程度のSSDが多くなり、2017年頃になるとSSDがSATA3対応であればデータ読み書き速度がほぼ横並びの状況になりました。

SATAからPCI Expressに移行

HDDではSATAのデータ転送速度で十分でした。SSDでは不十分でボトルネックになりデータ読み書き速度の向上ができなくなったので、SATAよりもデータ転送速度が速いPCI Expressに移行が進みました。

PCI Expressネイティブ接続

CPU、SSDのコントローラー、両者がPCI Express接続で直結するSSDを、PCI Expressネイティブ接続のSSDと呼びます。ネイティブではないPCI Express接続のSSDだと、CPUから途中まではPCI Express接続ですが、途中からSSDのコントローラーとはPCI Express接続ではありません。例えばSATA接続になります。途中でPCI ExpressとSATAを変換します。

PCI Expressのデータ転送速度

PCI Expressには複数の信号線があります。上り用の信号線と下り用の信号線、両者を合わせてレーン数が1とします。レーン数をx1、x2、x4等と書きます。x2ならレーン数が2です。世代が1レーンの片道当たりのデータ転送速度を示します。例えば、世代が1.0は2.5GT/s、2.0は5GT/s、3.0は8GT/sです。

PCI Expressのデータ転送速度は、世代とレーン数によって決まります。例えば、PCI Express 2.0 x2は10GT/s、PCI Express 2.0 x4は20GT/s、PCI Express 3.0 x2は16GT/s、PCI Express 3.0 x4は32GT/sです。

出典
・インターフェースの基礎知識 〜SSDのインターフェースを理解する 1〜 - AKIBA PC Hotline!(2016/08/30公開記事)

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