2022-10-27 いつも使うシリーズ

SSDの種類

SSDはSolid State Drive（ソリッド・ステート・ドライブ）の略で、HDDと同じように使える記憶装置です。
SSDには、大きく分けて、SATAとNVMeがあります。

NVMe (エヌブイエムイー)Non-Volatile Memory Express は、不揮発性メモリエクスプレスという通信プロトコルのことです。SATAの転送速度の限界問題があり、フラッシュストレージによる通信を最適化するための転送プロトコルとして新しく開発されたのがNVMeです。
なんのこっちゃですね。。

主要メーカーは、Broadcom Inc.、Cisco、Dell、IBM、Intel Corporation、Marvell、HPE、Hitachi、Western Digital、Micron Technology、Microsemi、NetApp、Oracle、Samsungなどがあります。
2022年2月にNVMe2.0bがリリースされ2023年〜2024年ごろに新製品として投下されるようです。

SSDと言ってもコネクタによって転送速度が異なります。

ファームファクタ	I/F	サイズ	端子形状
1.8inch	MicroSATA	–	–
2.5inch	Serial ATA	–	※旧式はIDEがある
mSATA	Mini SATA	ハーフサイズ / フルサイズ
M.2	Serial ATA/ PCIe(NVMe)	幅は12,16,22,30mm 長さ16,26,30,38, 42,60,80,110mm	M-key（PCIe-4（M.2 NVMe）） B-key(SATA（M.2 SATA）) B&M-key

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)
シリアルATAと呼ばれる規格ですが、いくつかSATAにもリビジョンや種類がありますが、ｍSATAの後継規格がM.2です。
M.2 SSDは、SATA接続を採用している製品だと高速にならない可能性もあるため注意が必要です。
SATAのRevisionと最大転送速度について

Revision	Release	最大転送速度
SATA1.0	2003年	1.5Gbps
SATA2.0	2004年	3.0Gbpss
SATA3.0	2008年	6.0Gbpss

SATA3.0 2TB(Western Digital)

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2.5 インチ
読み取り 560MB/秒(ランダム:95k IOPS)
書き込み 530MB/秒(ランダム:84k IOPS)

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PCI-e（PCI-Express）「Peripheral Component Interconnect Express」
従来のSATA接続と比較して、データ転送速度に優れていますが、電力消費量が多く発熱も大きいため、過熱による故障やパフォーマンス低下の恐れがあるので、冷却などの対策が欠かせません。
PCIeのRevisionと最大転送速度について

Version	Release	Line code		Transfer rate per lane	Thurouput
Version	Release	Line code		Transfer rate per lane	x1	x2	x4	x8	x16
PCIe Gen 3.0	2010年	NRZ	128b/130b	8 GTps	1 GB/s	2 GB/s	4 GB/s	8 GB/s	16 GB/s
PCIe Gen 4.0	2017年			16 GTps	2 GB/s	4 GB/s	8 GB/s	16 GB/s	32 GB/s
PCIe Gen 5.0	2019年			32 GTps	4 GB/s	8 GB/s	16 GB/s	32 GB/s	64 GB/s
PCIe Gen 6.0	2022年	PAM-4FEC	64 GTps/32GBd	64 GTps	8 GB/s	16 GB/s	32 GB/s	64 GB/s	128 GB/s
PCIe Gen 7.0	2025年（予定）	PAM-4FEC	242B/256B FLIT	128 GTps/64 GBd	16 GB/s	32 GB/s	64 GB/s	128 GB/s	242 GB/s

Reference：Wikipedia
スループットは、整数になるように便宜上調整してます。あしからず。

レーンの数は下記画像のゴールドの部分の長さをさしており、挿入側にも規格の互換性が必要。

SATAとNVMeを比較するとPCIe Gen4 x4レーンで64Gbps (8GT/s) になり、SATAと比較すると10倍以上違ってきます。
GT/s : GigaTransfers Per Second MT/sの場合MegaTransfers Per Secondとなるデジタルインタフェースで伝送されるデータ量のこと。

NVMeフォームファクタ（接続の形状）について

PCに内蔵するPCIボード（拡張ボード）を選定する場合は、スロットの形状、バージョン、ブラケットサイズ、PCIボードサイズ（高さ、厚さ、消費電力を間違えないようにセレクトしてください。
1つのPCIe3.0/4.0スロットでは、x1、x2、x4、x8、x16のレーンが利用可能。
例えば、PCIe Gen3.0 x4は、4レーン構成のGen3拡張カード/スロットのことになります。

私はノートPCメインなので、PCIeのフォームファクタと外付けSSDにするケースについてDig it行きます。

M.2

M.2（エムドットツー）
代表的なType2280/Type2242/Type2230 は幅22mmx 長さ80/42/30mmとなっています。
ノートPCで定番のサイズがType2280
端子形状が3種類 M-key , B-key , B&M-keyとなり、マザーボード側の規格と一致していないと動作しないため要注意です。
M-key（PCIe×4（M.2 NVMe））B-key(SATA（M.2 SATA）)
挿抜回数が最大25回または、60回に耐えるものとなっています。

M.2 Type2280 SN550 WDS200T2B0C(Western Digital)

M.2 Type2280 SN570 PCIe Gen3×4(Western Digital)

M.2 Type2280 NVMe (PCIe Gen 4 x4) (Western Digital)

M.2 Type2280 NVMe (PCIe Gen 4 x4)ヒートシンク搭載 (Western Digital)

U.2/U.3

U.2/U.3 (ユードットツー/ユードットスリー)
サーバー向けのNVMeとしてSATA SSD 2.5inchに該当する形状

E1.S /E1.L

E1.S (イーワンドットエス)/E1.L (イーワンドットエル)
エンタープライズ向け、データセンター用に最適化されたフォームファクターで、EDSFFと呼ばれているます。まだ小規模の展開のようですが、じわじわストレージベンダーから新製品が投下され始めているようです。

M.2 SSDはNVMe規格でPCIe接続のものが最速

M.2 SSDでも通信規格がSATA、通信プロトコルをAHCIが採用されている場合速度が落ちてしまいます。
NVMe SSDとAHCI SSDを比較すると約3倍ほどの速度差が出てくる（環境によっても異なるが）

※記載されている速度表記は規格値で、実環境での速度ではありません。
※IOPS = 1秒あたりの入力/出力動作。パフォーマンスは、お使いのハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントと構成により異なります。

M.2 SSD NVMe PCIe 外付けケース

ノートPCを使っててM.2 SSD NVMe PCIeが欲しい場合、外付けケースがあるので、こちらも少し。
M-key対応でフィルタリングし、接続をUSB3.2以降で検討。
USB3.2 Gen2x2（20Gbps＝2.5GB/秒）
USB4 Gen3x2（40Gbps=5GB/秒）、Thunderbolt3,4も同じ40Gbpsです。
PCIeの3か4かで速度が変わるが、発熱量も心配。また、ケースによってスペックがだいぶ異なるため速度はどの接続でも許容範囲という感じ。
やはりThunderbolt対応でまずは検討。。