NVMeとは

NVMeについて簡単に説明すると、以下4点にまとめることができます。

• ・半導体デバイス用に設計された通信プロトコルのことである
• ・ディスクアクセスのメッセージが最適化されている
• ・同時処理数のキュー数が大幅に向上し、複数のアクセスが可能になっている
• ・ハードウェア インターフェースがPCI Expressであるため、さらに高速化できる

NVMeでは、SATA/SASに比べてディスクアクセスのメッセージが最適化されているため、同じ内容の処理が少ないメッセージですんでしまいます。

また、同時処理用のキューの数も大幅に増え、複数の同時アクセスが対応可能となりました。
そのうえPCI Expressと直接接続できるため、今後もPCI Expressのレーン数と転送速度が速くなれば、それに応じて速さを追求することができます。
これだけ見ると、いいこと尽くし！？ですね。
NVMeの基本についてもう少し詳しく知りたい方は、 メモリ基本講座 「 NVMeとは何ぞや？」 を一度読んでみてください。

SATAとは

NVMeと比較されることが多いSATAについて、少し説明したいと思います。SATA（シリアルATA、サタ）とは、SCSIやPATA (パラレルATA) にかわって主流となった規格で、コンピュータにHDD、SSD、光学ドライブを接続するためのインターフェース規格になります。身近な製品だとパソコンやTVのレコーダなど、今でも多くの製品にSATAが用いられています。

SATAにはSATA、SATAⅡ、SATAⅢの3つの規格があり、いずれも互換性があります。
現在、多く使用されているのは、SATAⅢになります。

表1 : SATAの比較

規格	実行速度	概要
SATA	150MB/s	IDEでは複数の線でデータを並行して転送していたが、SATAから１本の線で連続してデータの転送を行う
SATAⅡ	300MB/s	NCQ、AHCIの機能が新たに追加
SATAⅢ	600MB/s	ホットプラグ機能が新たに追加

ちなみに、SATAの物理層では8b/10bエンコードを行うため、データリンク帯域は物理レートの80%になります。表1の実行速度はそれを考慮した値となっています。

NVMeとSATAとのパフォーマンス比較

では、実際、どのくらいのパフォーマンス差があるのでしょうか。
ここは、Micron SSDのデータシートスペックで比較してみましょう。
今回はSATA、NVMeのPCI Express Gen3とGen4の3種類比較しました。

表2. SATAとNVMeの比較

SSD	5300 PRO	7300 PRO	7450 PRO
I/F	SATA	NVMe 1.3 / PCI Express Gen3 x4	NVMe 1.4/PCI Express Gen4 x4
容量	3.8TB	3.8TB	3.8TB
Seq Read※1	540 MB/s	3,000 MB/s	6,800 MB/s
Seq Write※1	520 MB/s	1,900 MB/s	5,000 MB/s
Rand Read※2	95,000 IOPS	520,000 IOPS	1,000,000 IOPS
Rand Write※2	34,000 IOPS	95,000 IOPS	180,000 IOPS

^※1 Sequential access 128KB transfer
^※2 Random access 4KB transfer

パフォーマンス差は見て分かる通り、大きく違います。特にSATAとNVMe PCI Express Gen4はSequential Readで約12倍の差があります。また、NVMe PCI Express Gen3とGen4でも約2倍の差があり、今後、Gen5製品なども企画されているため、更なる高速化が見込まれます。

NVMe導入事例

実際にどのようなアプリケーションでNVMeが採用されているか、ここではトゥモロー・ネット様や当社での導入事例を紹介します。

NVMeで良く検討していただくアプリケーションとしては、下記の3点になります。

• ① キャッシュサーバ
• ② 100TB以上の膨大なログ解析用サーバ
• ③ 仮想環境用のストレージキャッシュ

まず1つ目は、当社のお客様でも採用事例が多くあるキャッシュサーバです。例えば、大量のユーザにコンテンツを配信するようなWebサービスで、ユーザからのリクエストに対するレスポンスを向上させるためにNVMeを活用している例があります。

2つ目は、大量のログを解析するためのサーバです。ディープラーニングなどの高度な処理のために、NVMeの利点である同時高速アクセスが活かされます。

3つ目は、仮想環境のストレージキャッシュ領域です。サーバ上に作られる仮想環境ですが、ドライブにNVMeを用いることで、利便性や体感上のレスポンスの向上が期待できます。

このように、ドライブのリード、ライトの高速化は様々なシステム恩恵があることが分かりましたね。

CPUパフォーマンス測定

今回はトゥモロー・ネット様にご協力いただき、Supermicro社製のPCI Express Gen4対応のA社CPUが搭載されたサーバと、PCI Express Gen3対応のI社CPUが搭載されたサーバとのパフォーマンス比較をすることを目的に、パフォーマンスを測定してみました。

パフォーマンス結果について資料にまとめましたので、こちらからダウンロードしてご活用ください。

ダウンロード資料に関する目次

目次

• I社検証環境
• A社検証環境
• 評価結果
  シーケンシャルアクセス結果
  ランダムアクセス結果
• まとめ

最後に、今回の検証にご協力いただいた、トゥモロー・ネット様のご紹介です！

サーバやSSDについて、ご不明な点がありましたら、お気軽に下記よりお問い合わせください。トゥモロー・ネット様と協力してご提案、サポートさせていただきます。

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