【解説】よくわかるSSDの種類・規格とそれぞれの特徴

【解説】よくわかるSSDの種類・規格とそれぞれの特徴

「よくわかる」シリーズは難しい部分や専門用語を極限まで減らし、初心者を含めて誰でもわかることを目標にして、各テーマについて解説しています。

今ではすっかりPCの内蔵ストレージとしておなじみになってきたSSD(Solid State Drive : ソリッドステートドライブ)。

年々驚くほどの低価格化・大容量化を果たしており、PCパーツ関連の中でもとくに成長している分野のひとつでしょう。

先ほども述べたように、SSDはストレージ(外部記憶装置・補助記憶装置)というデータ尾を長期的に保存するために用いる媒体のひとつです。

PC内部に組み込むための内臓ストレージがほとんどですが、低価格化・大容量化に伴い、USBメモリや外付けハードディスクと同じような利用方法で外部ストレージとして用いることも珍しくなくなってきました。

今回は、そんな一般向けのSSDで押さえておきたい、SSDの規格や方式等をそれぞれ説明します。

SATA(Serial ATA:シリアルATA)とM.2

まず、SSDの規格でまず押さえておきたいものがフォームファクター(物理的寸法)と接続端子の規格である、SATAとM.2。

後ろで紹介しているように、ほかの何らかの規格と違って目で見てすぐに違いがわかります。

あくまでも、接続端子の規格なのでM.2だから必ずSATAよりも通信速度が速いとかそういったことはありません。

SATA(Serial ATA:シリアルATA)

SATA接続のSSD

動作をさせるには電源用とデータ用の2本のケーブルが必要。

HDD(ハードディスク)でも用いる規格なので、古いPCをSSD換装する際にはこの規格のSSDが必須となります。

SATAは端子の規格だけでなく論理インターフェース(通信方式論理的な規格)でもあるので、SSDについて調べ始めたときに混乱する原因のひとつ。

M.2

M.2接続のSSD

直接端子を基盤に差し込んで接続する規格です。

上のSATAに比べるとサイズが小型(最大でも全長110mm)なので、とくにモバイルノートPCなどで採用されています。

SATAとは異なり、高速通信ができるNVMeという規格をサポートしています(あくまでも速い規格もあるよ、というだけでSATAと同じ規格もサポートしている)。

M.2の中にもいくつか種類(長さ・端子の切り欠きの違い)があります。

SATA(Serial ATA:シリアルATA)とNVMe(NVM Express)

つぎに、通信速度に関係してくる論理インターフェースの規格。

SATA(Serial ATA:シリアルATA)

先ほど述べたように論理インターフェースとしての規格でもあります。

接続端子がSATAの場合はもちろん、一部のM.2のSSDでも通信プロトコルがSATAとなっているものがあります。

現在主流は、SATA 3.0で、物理転送速度は6Gbps、実効転送速度は4.8Gbpsとなります。

物理転送速度と実効転送速度に違いがあるのは、通信の品質を上げるためにあえてデータを変化させるためです。

NVMe(NVM Express)

SSD本来のポテンシャル(通信速度)を発揮しようにも、SATAの規格が足かせになるようになったために制定された規格がNVMeです。

このことはNVMが、Non-Volatile Memory:不揮発性メモリ(フラッシュメモリ等のこと)の略であることからもわかるかと思います。

SSDをPC内部で用いる高速シリアルインターフェースであるPCIe(PCI Express)に接続するため、SATAに比べて圧倒的な通信速度の向上を実現しています。

しかし、通信速度が速い分発熱量も相当で、大量のデータをやり取りをすると熱を逃がすためのヒートシンクをつける等の発熱対策をしていなければ、一時的な性能の低下につながってしまうことも。

登場当初は、SATAのSSDとの価格差も大変大きかったのですが、徐々に差を詰めてきています。

SLC、MLC、TLC、QLC

SSDを構成する要素のひとつである、NANDフラッシュ(データの保存場所)のメモリセル(電荷を格納する回路)の扱い方・方式の名称です。

フォームファクターと論理インターフェースさえ満たしていれば、SLCだからこのPCでは使うことができない、なんてことはまず起こらないのでSSDを選ぶうえで必ず押さえておかないといけない知識ではありません。

ただそれでも、SSDの耐久性(寿命)・速度に影響を与える要素でもあるので、できれば押さえておきたい知識のひとつです。

SLC(Single Level Cell:シングルレベルセル)

1つのセルで1ビット(0か1のいずれか)を保存する方式。

電荷の電圧で0か1の2つの状態を表現するため、その境界となるしきい電圧は2段階(内1つが消去動作用)となります。

後述するMLCやTLC、QLCといった多値記憶技術に比べてシンプルな分、性能(書き込み速度、読み出し速度、書き換え耐性、データ保持時間)はダントツ。

ただ、セルを贅沢に使っているため、容量当たりの単価はもっとも高い。

現在、一般向けの製品ではほぼ出回っておらず、SLC技術は高速という特性から低速なQLCを利用する際のバッファーとして利用することが多いです。

MLC(Multiple Level Cell:マルチレベルセル)

1つのセルで2ビット(0~3のいずれか)を保存する方式。

電荷の電圧で0か3の4つの状態を表現するため、その境界となるしきい電圧は4段階となります。

SLCに比べて、容量当たりの単価が小さくなる代償に、性能(書き込み速度、読み出し速度、書き換え耐性、データ保持時間)が低下しています。

書き換え耐性がSLCが10万回で、MLCだと1万回といわれているほど。

このMLCも、近年一般向けの製品で流通することが少なくなっています。

TLC(Triple Level Cell:トリプルレベルセル)

1つのセルで3ビット(0~7のいずれか)を保存する方式。

電荷の電圧で0か7の4つの状態を表現するため、その境界となるしきい電圧は8段階となります。

MLCから1.5倍のセル当たりの容量を実現しますが、その分さらに性能が低下。

しかしながら、TLC方式のSSDいままで2次元的に配置していたNANDフラッシュを3次元に積み重ねる3D NAND技術の登場によって、ある程度性能が改善されています。

2019年現在、主流の方式です。

QLC(Quadruple Level Cell)

1つのセルで4ビット(0~15のいずれか)を保存する方式。

電荷の電圧で0か3の4つの状態を表現するため、その境界となるしきい電圧は16段階となります。

2018年後半より主要メーカーから登場し始めています。

TLCよりもさらに性能が低下、とくに速度面での低下は実使用でも問題になってしまうほどです。

そのため、速度性能を改善するためにQLCの一部をSLCとし、バッファーとして利用するSLCバッファーや、DRAMバッファー等が不可欠となっています。

ただ、それでも容量・価格におけるQLCのメリットは大きく、今後さらに浸透していく方式でしょう。

ポイント(注意)

SSDを構成する要素の1つにコントローラー(NANDフラッシュのデータの書き換え・読み出し等を管理するもの)があります。

このコントローラーの性能向上も目覚ましく、さまざまな技術を駆使することでSSDのパフォーマンスを向上させています。

もちろん、このパフォーマンスは動作速度だけではなく書き換え耐性も左右するもので、昔製造されたSLCのSSDと現在主流のTLCのSSDを比べると、むしろSSDとしても耐性が上ということも少なくありません。

そのため、いくらSLCのSSDだからといって古いSSDを使うのはオススメできません。

まとめ

SSDについて押さえておきたい規格や方式を3つの項目に分けて解説しました。

少し多かったかもしれませんが、今後ますます普及するSSDについてある程度知っておいて損はないでしょう。

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