SATA と NVMe: トップ 10 の比較

シリアル アドバンスト テクノロジ アタッチメント (SATA) は、手頃な価格と SSD サポートのおかげで、内部および外部ストレージ ドライブの一般的な接続メカニズムです。 対照的に、Non-Volatile Memory Express (NVMe) は SSD 専用に構築された接続インターフェイスであり、高いパフォーマンスが期待できますが、コストが高くなります。 この記事では、SATA と NVMe の意味と、それぞれの違いについて説明します。

シリアル アドバンスト テクノロジ アタッチメント (ATA) とも呼ばれる SATA は、コンピュータの中央回路基板と、内蔵 (ハードディスク ドライブやソリッド ステート ドライブなど) または外付け (ハードディスク ドライブやソリッド ステート ドライブなど) の記憶装置との間でデータを転送するためのインターフェイスです。独立したディスクまたは RAID アレイの冗長アレイ)。 重要なのは、SATA の中心的な機能の 1 つである複数の並列ストリームとは異なり、シリアル通信は一度に 1 ビットずつデータを送信することです。

現在、SATA は、以前に普及していた PATA またはパラレル ATA インターフェイスに取って代わりました。 これは、ほとんどの消費者向けハードドライブで使用される最も普及しているストレージ インターフェイスです。 Intel が SATA を開発およびリリースした 2003 年以来、SATA はラップトップまたはデスクトップ コンピュータに HDD を接続するための好ましい方法となってきました。

SATA 1.0 規格は、IBM 互換システムで使用されるパラレル ATA インターフェイスの代替として 2001 年 8 月に初めて発行されました。 ディスク アレイ内の各ドライブは、SerialATA 経由で 1.5 Gbps の容量を受け取ることができます。 他の PATA デバイスと相互運用可能で、細くてコンパクトなケーブル オプションが含まれています。

ATA ドライブで使用される古いリボン接続ケーブルと比較して、このケーブルはケーブルの配線が容易になり、コンピューターの通気性が向上します。

SATA の主な機能は次のとおりです。

外部 SATA (eSATA として知られることの方が多い) は、SATA ポートと呼ばれる指定されたプラグイン ゾーンを通じて外部ドライブのサポートを提供します。

eSATA には、他のオプションと比較した場合、いくつかの利点があります。 ホットスワップ可能で、(USB や FireWire の場合のように) ボトルネックを気にせずに高速な転送速度を実現し、ディスク ドライブ テクノロジと互換性があります。 単一の eSATA コネクタを外部 SATA ボックスにリンクして、ストレージを拡張し、RAID ストレージ アレイを構築できます。 eSATA ドライブの一般的な用途には、ビデオ編集、オーディオ作成、データ バックアップなどがあります。

ただし、eSATA には、USB などのケーブルを介して電力を送信できないなど、いくつかの制限があります。 これは、ドライブ用に追加の電源が必要になることを意味します。

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Non-volatile Memory Express (NVMe) は、Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) バスを利用してソリッド ステート ドライブ (SSD) との間で高速にデータを送信するコンピュータ ストレージ インターフェイスです。 PCI Express バスの高速性と遅延により、ストレージの相互運用性を確保するために、SATA、シリアル接続小型コンピュータ システム インターフェイス (SCSI)、または SAS に代わる主な候補となります。

NVMe テクノロジーは、SATA インターフェイスとネットワーク プロトコルの制限を克服するために 2011 年に発売されました。 SATA バスの代わりに PCIe バスを採用し、ストレージ デバイスの潜在的な帯域幅を最大限に引き出します。 PCIe 4.0 (現在のバージョン) は最大 32 レーンをサポートし、SATA III の最大転送速度 600MB/s と比較して、理論上は最大 64,000MB/s の速度でデータを転送できます。

さらに、NVMe 標準では 65535 個のコマンド キューが許可されています。 これにより、ストレージ デバイスの効率、信頼性、さまざまなプラットフォーム間での相互運用性が向上し、ストレージ デバイスに大きな可能性がもたらされます。

SAS や SATA などの従来のストレージ接続インターフェイスは、速度の遅い HDD やテープ ベースのメモリで使用することを目的としているため、最新のネットワークでは輻輳が発生します。 NVMe は、ソリッド ステート ドライブ (SSD) メモリの高速性と並列処理能力を利用することを目的としています。

このテクノロジーは、次の理由により、はるかに高速な速度を実現できます。

NVMe の動作を可能にする主な機能は次のとおりです。

SATA と NVMe は両方とも SSD 環境で使用されますが、後者のみが SSD 専用に構築されていることに注意することが重要です。 これに加えて、SATA と NVMe の間にはいくつかの違いがあります。

前述したように、ソリッド ステート ドライブ (SSD) は、Non-Volatile Memory Express (NVMe) または Serial Advanced Technology Attachment (SATA) のいずれかを使用して、コンピューターの残りの部分と通信します。 NVMe は、コンピューターの PCIe バスを介した企業システムとクライアント システム間のデータ転送速度を高速化するように設計されたホスト コントローラー インターフェイスです。 PCIe コンポーネントにより、レイテンシが低くなり、1 秒あたりの入出力操作 (IOPS) が向上します。 したがって、NVMe は SATA よりも高速にデータを読み取り、アクセスします。

一方、SATA ドライブは、アドバンスト ホスト コントローラー インターフェイス (AHCI) を通じてデータにアクセスします。 AHCI は機械ドライブを高速化し、ネイティブ コマンド キューイング (NCQ) 機能を使用してホットスワップを実行できるようにします。 SATA はすべての SATA 標準と下位互換性および上位互換性がありますが、NVMe とはまったく異なるインターフェイスです。

NVMe ドライブは、SATA ドライブと NVMe ドライブの両方が単一のフォーム ファクターにある場合でも、より高速な転送速度を実現します。

たとえば、第 3 世代 NVMe PCIe コネクタ 3.0 は最大 3,500 MB/s の速度に達し、第 4 世代 NVMe PCIe コネクタ 4.0 は最大 7,500 MB/s の速度に達します。 対照的に、SATA ドライブの転送速度は比較的遅くなります。 SATA SSD は最大 500MB/s の速度に達し、SATA HDD は最大 160MB/s の速度に達します。 個々の SATA モデルのパフォーマンス速度も異なります。 ただし、これらの速度は、スーパーコンピューティングに必要な電力の一部を必要とする消費者向けの用途には十分である可能性があります。

SSD では、転送速度は個々のモデルとドライブの PCIe コネクタの世代によっても異なります。 ドライブの速度は、ドキュメントの編集、Web ブラウズ、ファイルの読み込み、ファイルのコピーなどのタスクに影響します。

NVMe SSD は、M.2 フォーム ファクター (内部に搭載されたコンピューター カード用に定義された仕様) の既製のデスクトップ コンピューターやラップトップでよく見られます。 U.2、U.3、エンタープライズおよびデータセンター標準フォームファクター (EDSFF) などの他の形式も存在しますが、NVMe ではあまり一般的ではありません。

対照的に、SATA SSD は、標準の 2.5 インチ ドライブ、または小型でスリムな M.2 ドライブのいずれかの形式で入手できます。 2.5 インチ フォーム ファクタは SATA SDD の最も一般的な形式ですが、M.2 SATA SSD は主にタブレット、ミニコンピュータ、超薄型ラップトップで使用されています。

一般に、NVMe SSD は SATA SSD よりも高価です。 NVMe ドライブと SATA ドライブのストレージ容量が同じ場合でも、NVMe ドライブの方がコストが高くなります。

250GB NVMe SSD ストレージ容量の価格は 50 ドルから 90 ドル、500GB ストレージ容量は 70 ドルから 160 ドル、1TB ストレージ容量は 120 ドルから 200 ドルです。 さらに、高速な NVMe SSD はコストも高くなります。 1TB NVMe PCIe 3.0 の価格は 115 ドルから 120 ドルの範囲ですが、1TB NVMe PCIe 4.0 の価格は 120 ドルから 200 ドルの範囲です。

SATA SSD は NVMe ドライブよりも安価で手頃な価格です。 250GB SATA ドライブの価格は 40 ドルから 70 ドル、500GB のドライブは 50 ドルから 90 ドル、1TB のドライブは 90 ドルから 140 ドルです。

SSD の価格を決定する主な要因は速度とストレージ容量です。 より高速なドライブは高価であり、大容量のドライブはより高価であり、一部の SSD モデルは他のモデルよりも高価です。

NVMe ドライブは、SATA ドライブよりも電力効率が高く、環境に優しいです。 NVMe SSD は半導体モジュールを使用してデータを保存し、データにアクセスするため、消費電力が大幅に削減されます。 スタンバイ NVMe SSD の平均消費電力は 0.0032 W、アクティブ NVMe の平均消費電力は 0.08 W です。

さらに、NVMe SSD は IO パターンを認識して温度変化を判断できます。 この機能により、書き込み集中型のワークロードにより多くの電力を効率的に割り当て、読み取り中心のワークロードには少ないエネルギーを柔軟に割り当てることができます。 電力使用量が少ない SSD は発熱が少ないため、高密度のサーバーやストレージ デバイスにとって理想的なソリューションです。

SATA SSD はより多くの電力を使用します。スタンバイ SATA の平均電力消費率は 0.195 W であるのに対し、使用中の SATA の平均電力消費率は 0.279 W です。

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サイバー脅威の増大により、データを安全に保存してアクセスする必要性は、ストレージ メディアを探している人にとって大きな懸念事項となっています。 NVMe ドライブは、SATA ドライブよりも優れた暗号化を提供します。 NVMe SSD は、XTS-AES 256 ビット暗号化標準を使用してユーザー データを保護します。 AES-256 暗号化は解読できないため、サイバー攻撃から個人データを保護するために好まれる方法です。

さらに、NVMe は、McAfee や Symantec などの暗号化プロバイダーが提供するセキュリティ管理ソリューションと統合します。 NVMe SSD には、ロックダウン 2.0 などの追加のセキュリティ機能もあります。ロックダウン 2.0 を使用すると、管理者はユーザーがドライブの一部でデータの読み取りと書き込みを許可しながら、他の機能を無効にして、ユーザーがドライブに意図しない変更を加えることを防ぐことができます。

さらに、NVMe SSD には、データを暗号化し、コンピューター間の接続を認証するトランスポート層セキュリティ (TLS) プロトコルが備わっています。 対照的に、SATA SSD にはセキュリティ メカニズムがほとんどなく、ストレージをリモートで保護するには消去コマンドとサニタイズ コマンドのみを使用できます。

より多くのコマンド キューを処理できる SSD は、マルチタスクを必要とするユーザーや企業にとって不可欠です。

NVMe アーキテクチャは 65,535 個の入出力 (I/O) コマンド キューをサポートし、それぞれが 65,535 個のコマンドを同時にサポートします。 NVMe には、複数のコアがキューの所有権を共有できるようにする Non-Uniform Memory Access (NUMA) 機能があります。 また、予想されるワークロードを満たすために無制限の数のキューを作成することもできます。 一方、SATA SSD にはキューが 1 つしかなく、各キューに 32 個のコマンドがあります。

さらに、IOPS は、企業やホスティング サービス プロバイダーにとって、一度に複数のファイルを取得する場合の重要なパフォーマンス指標です。 企業の場合、大規模なデータ ウェアハウスに関連付けられたソフトウェア プログラムにアクセスする多くの消費者を処理するために、高いパフォーマンスを維持するには、ストレージ メディアに高い IOPS が必要です。 NVMe ドライブは読み取りと書き込みの両方で 1,500,000 を超える速度で押し出すため、一般に高い IOPS を備えていますが、SATA ドライブは約 75,000 読み取り IOPS で最高に達します。

NVMe SSD と SATA SSD のどちらを使用するかは、個人用途とビジネス用途によって異なります。 個人使用の場合、SATA SSD はコストパフォーマンスに優れたオプションです。 複数のファイルを保存するための手頃な価格のストレージを提供し、ユーザーはさまざまな機能を高速に実行できます。

また、下位互換性があるため、従来のコンポーネントでも使用できます。 NVMe SSD とは異なり、処理能力の低いプロセッサなどの他のマザーボード コンポーネントにストレスを与えません。

企業やホスティング ソリューションなどのビジネス用途には、NVMe SSD が推奨されるオプションです。 さらに、ビジネス クリティカルなアプリケーションでは、スムーズなユーザー エクスペリエンスを確保するために、複数のリクエストを同時に処理するために高い IOPS が必要です。 その結果、オンライン ストアは NVMe SSD を優先ストレージ メディアとして使用する場合があります。

NVMe は、金融機関など、トランザクションの多いデータベースを必要とする企業にとっても有益です。

SATA ドライブよりも NVMe を使用する主な利点は速度です。 NVMe SSD の最大速度は、SATA SSD の最大速度の 10 倍以上です。 この NVMe SSD を他のハイエンド マザーボードと組み合わせると、コンピューターは驚異的な速度を達成できます。

SATA SSD の主な焦点は、速度と手頃な価格の間で適切なバランスをとることです。 最大 500MB/S の最高速度は、NVMe ドライブの速度と比較するとそれほど大きくないように思えるかもしれませんが、その速度は一般的なユーザーにとっては十分に高い速度です。 SATA SSD を使用すると、ユーザーはコストを節約しながら、コンピューターからより優れた、より手頃なパフォーマンスを体験できます。

長年にわたり、SSD はより低コストになり、ストレージ市場に参入する製造業者が増えています。 ただし、NVMe のコストは、SATA と同じストレージ容量であっても依然として法外に高いままです。 さらに、価格が高いにもかかわらず、サポート機器を備えたビジネス ユーザーでない限り、NVMe SSD を購入しても必ずしもパフォーマンスが向上するとは限りません。

一方、SATA SSD は、高速なデータ転送と低い遅延率が必要な環境での使用には適していません。 これは、IOPS が著しく低く、重要なアプリケーションを効率的に管理できないことが原因です。 さらに、電力効率が低いため、NVMe SSD と比較すると、環境に優しくなく、企業の維持コストが高くなります。

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少なくともコンシューマーグレードのコンピューティングにおいては、SATA が SSD ベースのストレージのデフォルト標準であり続けます。 テクノロジーの効率化と低コスト化に伴い、メーカーは市場での採用を増やすために NVMe 製品の価格を徐々に引き下げています。 現在は価格差があるかもしれませんが、セキュリティと速度の利点により、最終的には NVMe が標準になる見込みです。

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テクニカルライター