今日では、ゲーマーや動画編集者から、クラウドでアプリを立ち上げるソフトウェア・スタートアップ企業の幹部に至る誰もが データ・ストレージのより高速なソリューションを求めています。理由は簡単です。ストレージ・テクノロジーが優れているということは、コンピューティング環境が高速かつ高性能であることを意味するからです。これは、ゲーマーにとっては遅延時間の短縮を意味し、編集者にとっては動画のレンダリング時間の短縮を意味し、企業にとってはクラウドでワークロードを迅速かつスムーズに実行できることを意味します。
残念ながら、適切なソリューションを選択するのは難しい場合があります。馴染みのない用語、複雑な技術仕様、そして一見無限とも思える膨大な数の選択肢が混乱を招きます。ここでは、対象を絞り込み、ユーザーがニーズに合ったソリューションを見つけられるようにするために、最も人気のある2つのデータ・ストレージ・テクノロジー、NVMeとSATAについて注目します。
NVMeプロトコルとSATAプロトコルはどちらもSSDをサポートしています。SSDは、過去10年間にわたって、消費者向けおよびプロフェッショナル・アプリケーションやエンタープライズ・ワークロードの業界標準としてHDDに取って代わってきたテクノロジーです。遅延とアクセス時間が発生するHDDとは異なり、SSDはフラッシュ・メモリーに依存しており、可動部品がないため、はるかに高速です。
SSDは、フラッシュ・メモリーを利用してコンピューター・システムに永続的にデータを保存する半導体ベースのストレージ・デバイスです。磁石を使用してデータを保存するHDDやフロッピー・ドライブなどの磁気ストレージとは異なり、ソリッドステート・ドライブは、電力不要でデータを維持できる不揮発性ストレージ・テクノロジーであるNANDチップを使用します。最近のGartner社のレポート（ibm.com外部へのリンク）によると、現在、SSDは構造化データ・ワークロードの優先業界標準としてHDDを上回る使用率となっています。
NVMe（不揮発性メモリー・エクスプレス） は、競合製品よりも優れたスループットとより速い応答時間を実現するSSDのデータ・ストレージ・アクセスおよび転送プロトコルです。高性能の不揮発性ストレージ・メディア向けに構築されており、今日の最も要求の厳しいコンピューティング環境に最適なソリューションです。
NVMeは、広く使用されているスモール・コンピュータ・システム・インターフェース（SCSI）よりも小さいインフラストラクチャー・フットプリントと低消費電力でエンタープライズ・ワークロードをデプロイできます。NVMeドライブは、デバイス・ドライバーの改良によりHDDと比較して応答時間が短縮され、並列処理とポーリングが可能になり、CPUボトルネックを回避するためのレイテンシーの削減に役立ちます。
NVMeストレージ・テクノロジーは、2011年にNVMeが導入されるまで業界標準であったSerial Advanced Technology Attachment（SATA）およびSerial Attached SCSI（SAS）プロトコルの代替プロトコルとして設計されました。NVMeは、データ・ストレージ容量と転送技術の向上に加えて、モノのインターネット（IoT）、人工知能（AI）、機械学習（ML）など、同時期に開発されていた他の重要な技術の開発にも貢献しました。
NVMe SSDとSATA SSDの最も重要な違いの1つは、NVME SSDがフラッシュ・ストレージにアクセスするためにPeripheral Component Interconnect Express（PCIe）バスを使用することです。この機能により、NVMe SSDは「中間」コントローラーを削除し、レイテンシーを削減できます。しかも、NVMeは、ファイバー・チャネルやイーサネットなどのあらゆるタイプの「ファブリック」相互接続、およびイーサネット、iWarp、RoCEv2、iSER、NVMe-TCP内でも実行できます。
単一のコマンド・キューしかデプロイできないSCSIプロトコルを使用するドライブとは異なり、NVMe SSDは一度に数万の並列コマンド・キューを実行できます。例えば、NVMe PCIeコネクターは、NVMeプロトコルを実行するPCIeリンクを介して1台のドライブにアクセスすることができます。
M.2 SSDは、SSDで使用されるフォーム・ファクターまたはコネクターです。この用語はNVMeと互換的に使用されることが多いですが、実際には2つの異なる種類のストレージ・テクノロジーです。NVMeはマザーボード上のPCIeスロットに接続してデータ転送速度を向上させますが、m.2 NVMe SSDは、超薄型ノートPCやタブレットなどの小型で電力が制限されたデバイスで高性能なストレージを実現する物理フォーム・ファクターです。
過去15年間、SATA（Serial Advanced Technology Attachment）は、コンピューターの回路基板と内部または外部のストレージ・デバイス間でデータを移動するための最も一般的なインターフェースでした。最近まで、ほぼすべてのデスクトップおよびノートPCにはSATA互換のハードウェアが搭載されていました。しかし、SSDの人気の高まりと、SSD専用に設計されたNVMeテクノロジーの開発により、近年SATAの人気は衰え始めています。
SATAは、内蔵フロッピー・ディスク、HDD、光ディスク・ドライブの業界標準であるParallel Advanced Technology Attachment（PATA）の改良版として2003年にリリースされました。SATAプロトコル仕様が2003年に初めて公開されたとき、SATAにはPATAインターフェースに比べて次のようないくつかの重要なメリットがあることがすぐに明らかになりました。
一方、SATAがNVMeよりも優れている1つの点は、古いハードウェアとの互換性です。SATA HDDとSSDは、コントローラー・ハードウェアを介してマザーボードに接続されます。最も単純な構成（IDEモード）では、接続されたハード・ドライブをPATAデバイスとして認識できます。これにより、古いシステムとの互換性が向上しますが、SATAドライブがIDEモードの場合、パフォーマンスが低下します。
古いデバイスとの互換性が必要ない場合は、SATA コントローラーをAdvanced Host Controller Interface（AHCI）モードに設定してパフォーマンスを向上させることができます。AHCI モードは、外部インターフェースとドライブのホットスワップ（電源を切らずにドライブを取り外したり接続したりすること）もサポートしています。
別のSATAモードであるRAID（Redundant Array of Independent Disks）モードでは、複数のHDDやSSDなどの異なる場所に同じデータのコピーを保存できるため、データ保護の層が追加されます。
外付けSATA（eSATA）は、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する、SATAテクノロジーのもう1つの重要な機能です。eSATAは競合製品よりも高速で、HDD、フロッピー・ドライブ、リムーバブル・ドライブ、Blu-ray、CD-ROM、DVD などの多くの既存のディスク・ドライブ・テクノロジーと互換性があります。eSATAドライブには、動画や音声の編集、データのバックアップなど、さまざまな一般的な用途があります。
速度とパフォーマンスのみを考慮した直接比較では、NVMeプロトコルはSATAよりもはるかに優れています。SATAはHDDとの間でのデータ転送を容易にするSCSIストレージ・インターフェースとして設計されましたが、NVMeはフラッシュ・テクノロジーを使用するSSDでの使用に特化して設計されました。
2023年度International Data Corporation（IDC）レポート（ibm.com外部へのリンク）によると、NVMeは、コンピューターを1台以上の周辺機器に接続するための標準シリアル拡張バスであるPCI Express経由で接続されたシステムへのデータ転送を高速化するように設計されています。
設計上の違いにより、NVMeはSATAよりもPCIeソケットを活用し、ストレージとCPU間でデータを転送するのに適しています。HDDがまだデータの保存とアクセスの業界標準だった頃は、SATAが理にかなった選択でしたが、SSDが普及し始めると、ほとんどのユーザーにとってNVMeがすぐにより良い選択肢になりました。さらに、NVMeの合理化されたプロトコルは、近年人気が急上昇しているMLやAIなどのリアルタイム・アプリケーションにSATAよりも適しています。NVMeは、高いパフォーマンスとデータ保護機能が組み込まれているため、ハイブリッド・クラウド、マルチクラウド、メインフレーム・ストレージ環境をサポートするのにも最適です。
ただし、特定のユーザーにとってSATAが適切な場合もあります。例えば、NVMe SSDの人気により価格が下がっているものの、SATAはまだNVMeよりも手頃な価格です。ここでは、2つのテクノロジーの機能を比較します。
NVMe SSDは、NVMeコマンドをより高速に送受信し、より優れたスループットを実現できるため、SATA SSDよりもはるかに高い速度とパフォーマンスを実現できます。NVMe SSDはPCIeを使用してSSDストレージをサーバーまたは中央処理装置（CPU）に直接接続しますが、SATA SSDはより低速なSerial ATA Expressバス・インターフェースを使用します。
NVMeが使用するPCIe接続はSATAポートよりも大きく、帯域幅も広くなります。さらに、PCIeの各世代では、前世代の帯域幅が2倍になります。一方、SATAはPCIeよりも帯域幅が狭く、固定されているため、同時世代で接続が改善されることはありません。PCIe接続は、同じ世代でユーザーが帯域幅を 2 倍にできる「レーン」を使用するため、SATAよりも拡張性に優れています。
NVMeの最も重要な機能の1つは、並列処理と呼ばれる、複数のスレッドで同時に操作を実行する機能です。NVMe SSDのキューの深さは64,000ですが、SATAではキュー内で一度にサポートできるI/O要求は32個までです。NVMeは、従来の「割り込み」ベースのデバイス・ドライバーではなく、並列コマンド・キューと「ポーリング・ループ」を使用するため、レイテンシーとシステム・オーバーヘッドが削減されます。
AI、ML、クラウドなどの新しいテクノロジーに関しては、NVMeはこれらのテクノロジーと同時期に並行して開発されたため、SATAよりもはるかに互換性の高いオプションです。NVMeは、スマートフォン、ノートPC、ゲーム機など、すべての最新オペレーティング・システムでもシームレスに動作します。ただし、古いテクノロジー（HDDなど）との互換性に関しては、SATAをサポートする多くの古いデバイスは、NVMe PCIeソケットに必要な接続がないため、NVMeと互換性がありません。
NVMeとSATAはどちらも近年手頃な価格になってきたとはいえ、今でもSATA SSDのほうがやや安価に提供されています。例えば、2.5インチのSamsung 1TB SATAドライブの価格は100ドル強ですが、同等のNVMeドライブは約170ドルで販売されています（執筆時点）。エンタープライズ・グレードのSSDの価格はさらに幅広く、数千ドルに達することもよくあります。NVMeはエンタープライズ・ワークロードの業界標準となっていますが、SATA SSDのほうが著しく高速であるため、HDDの代わりにPCビルドで依然として広く使用されています。
NVMeとSATAの選択はユーザーのニーズによって異なります。PCの場合、ユーザーが速度の低下を許容できる場合、SATAは間違いなくより安価なオプションとなります。エンタープライズ・レベルのビジネス・ニーズでは、価格が上昇してもNVMeを使用するメリットを無視することは難しくなります。両方のテクノロジーの実際の応用例をいくつかご紹介します。
多くのユーザーにとって、SATA SSDは日常的なデータ保存と転送のニーズを満たすのに十分な速度です。少なくとも今のところは、価格が安いため、依然として魅力的な選択肢です。ただし、エンタープライズ・レベルでは、NVMeが急速に業界標準になりつつあります。
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