NVMe SSDとは?

最終更新日 2019年05月20日

NVMe SSD とは何か

SSD の中に NVMe(Non Volatile Memory Express) SSD と呼ばれるものがありますが、通常の SSD とは何が違うのでしょうか。

次世代ストレージNVMe SSDってナニ? - 週刊アスキー には、以下のとおり書かれています。
 この進化はストレージの制御仕様でも計画されており、クライアントマシンよりより高速性が求められるサーバー分野のストレージでは、AHCIよりも高速にアクセスできる“NVM Express”(以下、NVMe)の採用が始まっています。
この進化とは、ストレージの内部接続インターフェースが SATA から PCI エクスプレスに移行し、帯域が広くなり高速なアクセスができるようになったことです。

この記事から、NVMe とは SATA ではなく PCI エクスプレスに合わせて開発されたストレージを制御する規格と考えられます。

この記事によると従来のストレージ制御規格は AHCI と呼ばれており、AHCI ではキュー(命令)数が最大32個、NVMe では最大64Kキューだそうです。

何となくキュー数が大幅に増えているので NVMe だとアクセスが大幅に高速化しそうですが、同記事によるとコンシューマー向けパソコンではそれほどキュー数が多くなることはないので、アクセスの高速化にあまり期待できないそうです。

SATA、AHCI、PCI エクスプレス、NVMe いろいろ出てきました。正しくないところがありますが、とりあえず SATA と PCI エクスプレスはハードウェアに関するインターフェース規格、AHCI と NVMe は制御等のソフトウェアに関するインターフェース規格とイメージしておけば整理しやすくなると思います。

SSD に限らず HDD でも SATA と AHCI が使われてきましたが、PCI エクスプレスで接続する SSD 用に開発されたのが NVMe です。PCI エクスプレスは、ビデオカード等の拡張カードで使われてきましたが、SSD でも使われるようになりました。

そして、NVMe SSD は NVMe に対応している SSD のことです。

次世代SSDの接続規格「NVMe」とは(前) - 次世代SSDの接続規格「NVMe」とは:Computerworld には、以下のとおり書かれています。
 NVMeは、SCSIやSATA(Serial ATA)と同じく、ストレージを接続するための規格だ。パイプラインやランダムアクセスなど、メモリーベースのストレージであるSSDの特徴を活用できる。また、SATAやAHCIの登場から現在までの間に進化した、データのレイテンシー(遅延時間)短縮のための手法も反映している。
NVMe には SCSI や SATA と違って端子に関する仕様がないので、ストレージを接続するための規格と聞くと違和感を感じるかもしれませんが、とりあえずストレージの制御等、ソフトウェアに関する仕様が決められた規格とイメージすると良いです。

この記事では、NVMe の主な改良点として以下をあげています。

・4KB の転送に必要なメッセージが2つではなく1つで済む
・コマンドを処理するキューが1つではなく複数(6万5536個)になっている

また、こちらの記事でもコンシューマー向けパソコンではアクセスが大幅に高速化する効果はそこまで大きくないと書かれています。

NVMe SSD、すなわち NVMe に対応した SSD が実際にパソコン市場に出てきて多くのユーザーに使われてみたら違う結果が出るかもしれませんが、NVMe SSD はオーバースペックとなりそうです。

NVMe(不揮発性メモリExpress)| Dell EMC用語集 には、以下のとおり書かれています。
NVMe(NVM Express)は、NVM(不揮発性メモリ)を使用するPCI Express SSD(ソリッド ステート ドライブ)用に標準化された高パフォーマンス ソフトウェア インターフェイスです。NVMeによって、プロトコルおよびコマンド セットが効率化され、拡張性が向上するため、ストレージのスループットが向上し、レイテンシが低下します。
この記事からも、NVMe とは PCI Express で接続する SSD 用に開発されたソフトウェアに関する仕様が決められたインターフェースの規格であり、NVMe SSD は NVMe に対応している SSD であることがわかります。

ここでは、プロトコルとはストレージの通信の決まりごと、コマンドセットとはストレージに対して何の処理を行うか命令するために使われるコマンド群、スループットとはストレージのデータ転送速度、レイテンシとは遅延時間のことでありデータ読み書き要求してから実際にデータ読み書きが行われるまでの時間のことを指します。

NVMe では PCI Express 接続 SSD 用に新たにプロトコルとコマンドセットが開発され、これらにより NVMe SSD はデータ転送速度が向上し、遅延時間が短くなると考えられます。

・NVMe SSD とは、PCI Express 接続 SSD 用に開発されたソフトウェアインターフェース規格 NVMe に対応している SSD
・従来の SATA 接続かつソフトウェアインターフェース AHCI 対応 SSD と比べると、NVMe SSD は大幅に性能が向上する


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