HDD vs SATA SSD vs NVMe SSDコンセプト

ストレージサブシステム用に選択されたドライブのタイプは、それらを使用するシステムとアプリケーションの全体的なパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。この記事では、HDD、SATA SSD、NVMeSSDの違いを詳しく見ていきます。

HDD、またはハードディスクドライブは、プラッタと可動式の読み取り/書き込みヘッドを使用してデータを磁気的に保存および取得する機械的なデバイスです。 SSDは、フラッシュメモリにデータを保存するソリッドステートドライブであり、HDDのような可動部品は含まれていません。

HDD、SATA SSD、およびNVMe SSDの構築方法とデータ転送方法により、遅延やスループットなどの測定可能なパフォーマンスメトリックに大きな違いが生じます。これらの違いは、特定のソリューションを採用するという決定に影響を与える可能性があります。

SATAとNVMeは、ストレージデバイスからシステムまたはバスにデータを転送するために使用される異なるインターフェイスを指します。 Serial Advanced Technology Attachment（SATA III）は、HDDで使用されるインターフェイスであり、SSDでも使用されます。これは、古くなり、使用されなくなったPATAインターフェイスを置き換えるために作成されました。 SATAは、SSDが主流の使用を検討される前に作成されました。 NVMe規格は、SSDがフラッシュメモリで実現可能な速度で動作できるようにするために開発されました。 SATAインターフェイスは、データ転送、遅延、および全体的なパフォーマンスを制限する要因です。

レイテンシの違い

レイテンシーは、データの転送がその転送の指示に従って開始されるまでの遅延として定義できます。多くの場合、ミリ秒単位で測定されます。この例では、検討中の3つのドライブタイプのそれぞれについてファイルを探すときの遅延の違いを調べます。

HDDとSSDのレイテンシーの違いは、主にソリッドステートドライブに可動部品がないことが原因です。 HDDの待ち時間は、読み取り/書き込みヘッドが要求されたデータにアクセスするためにディスクが適切な位置に回転するのに必要な時間の影響を受けます。したがって、HDDの遅延はデバイスのスピンドル速度の影響を受けます。ドライブの回転が速いと、HDDのレイテンシー率が低下します。

スピンドル速度（RPM）	回転待ち時間（ミリ秒）
4,200	7.14
5,400	5.56
7,200	4.17
10,000	3.0
15,000	2.0

SSDには、データの読み取りまたは書き込みを行う前に配置する必要のある可動部品がありません。たとえば、一般的なエンタープライズIntel S4510 SATA SSDの遅延は、36 µsまたは.036msです。 IntelのエンタープライズOptaneDCP5800Xは、5 µsまたは.005msと低くなっています。これにより、パフォーマンスとユーザー満足度が大幅に向上します。

アクセス速度と遅延の違いは、システムのエンドユーザーエクスペリエンスに多大な影響を及ぼします。ユーザーは、Webサイトでの待ち時間に直面したときに焦りを感じることで有名であり、すぐにクリックして別の方法を検索します。同じことが、企業データベースやデータが豊富なタイプのユースケースにも当てはまります。 SSDをストレージソリューションとして使用することで高性能のメリットを必要とする内部使用向けに設計されたシステムでは、1年間の各就業日で1回の使用あたり5秒の短縮により、就業時間と士気の両方で大幅な効率の向上がもたらされる可能性があります。システムを使用している従業員の割合。

IOPSの違い

IOPSは、I / O OperationsPerSecondの略です。これは、特定のワークロードに対してストレージシステムで処理できる1秒あたりのI/O要求の数を示します。 HDDの最大IOPSは約400です。これと比較して、SSDははるかに高速です。 Intelドライブを使用する場合、Intel S4510 SATA SSDは、97,000のランダム読み取りIOPSと32,000のランダム書き込みIOPSに対応しています。 NVMeにジャンプすると、ランダム読み取りと書き込みの両方のIOPSで1,500,000が可能なIntelP5800XOptaneドライブなどのさまざまなパフォーマンスドライブを選択できます。これは、ほとんどのRAIDアレイに、エンタープライズ環境で各タイプのドライブが少なくとも4つあることを考えると、大きな違いです。

IOPSの違いは、特定のタイプのアプリケーションと使用パターンにとって重要な場合があります。限られた数のユーザーが散発的に使用するシステムは、エンタープライズRAIDアレイでHDDストレージデバイスを使用して確実に実行できますが、ユースケースによってはパフォーマンスが問題になる可能性があります。デバイスへの同時需要が増加するにつれて、増加したトラフィックを処理できるSSDは、ユーザーの期待に応える応答性の高いシステムを実現すると同時に、他のシステムがデータの処理を続行するのを待つボトルネックを引き起こしません。

スループットの違い

スループットは、ストレージデバイスとの間のデータ転送速度をメガバイト/秒で測定します。スループットは、ブロックサイズ、RAIDまたは単一デバイスのタイプ、データの移動に使用されるインターフェイスとプロトコルなどの影響を受ける可能性があります。これらは、現実の世界で見られるデータ転送の最大速度を定義するいくつかの要因です。エンタープライズグレードのPCI-e4.0NVMe SSDは、最大7.2GBPSを認識できます。ストレージデバイスのレイテンシとIOPS特性もスループットに影響を与えます。これは、情報を十分に迅速に取得できない場合、利用可能なスループットを満たすのに十分なデータを提供できないためです。

HDD

デバイスタイプ	スループット
150MB/秒
SATA SSD	600MB/秒
NVMe SSD	7200MB/秒

スループットは、特定の使用シナリオに基づいて多かれ少なかれ重要になる可能性があります。長時間の停止を回避するためにデータをできるだけ迅速に移動する必要があるディザスタリカバリ用に設計されたシステムでは、これが重要な要素になる可能性があります。大きなファイルやストリーミングコンテンツをユーザーに配信するシステムは、適切なスループットを提供する必要があります。そうしないと、ユーザーエクスペリエンスが低下するリスクがあります。

小さな違いが問題になる可能性があります

ミリ秒単位で測定された差異は無関係に見える場合があり、場合によっては無関係です。ただし、ストレージデバイスは真空状態では動作せず、他の多くの要因がシステム全体のパフォーマンスとユーザーの満足度に貢献します。ストレージデバイスを選択する際に考慮すべき側面の1つは、それらが受け取ると予想される使用のタイプです。

予想される同時ユーザーの数は、システムが許容できる遅延の量を決定する重要な要素です。簡単な例でこの点を示します。 HDDを使用すると、ユーザー数が増えるにつれて平均遅延が3ミリ秒で、パフォーマンスが急速に低下することに注意してください。 1,000ミリ秒は1秒に相当し、実際のパフォーマンスは以下のように直線的にスケーリングされないため、以下は単なる参照であることに注意してください。アプリケーションのユーザー数が増えると、追加のボトルネックが発生するのと同じ量のCPUとRAMを使用しても、パフォーマンスの低下は変わらないでしょう。

ユーザー	合計レイテンシ（ミリ秒）
1	3
10	30
50	150
500	1,500
5,000	15,000
50,000	150,000

ユーザー数が増えると、レイテンシーはすぐに深刻な問題になります。 500ユーザーレベルでは、待機時間が1.5秒に増加しました。 50,000人のユーザーがシステムにアクセスしている場合、待機時間は150秒または2分半に近づきます。この遅延の量は、どのアプリケーションでも許容できません。

これらの理論上の統計は興味深いものですが、現実の世界では、待機時間が150秒に達するずっと前にシステムに障害が発生します。数秒の待機時間は、ユーザーの要求に追いついてロックアップできない圧倒的なシステムにすぐにつながります。

多数のユーザーに同時にサービスを提供する必要があるシステムは、より高速なSSDドライブを使用することでメリットが得られます。最初はパフォーマンスの比較的小さな違いのように見えますが、ユーザーの満足度にすぐに影響を与え、システムを使用できなくなります。最小限のスループットとパフォーマンスで対処しようとするよりも、余分な使用の可能性に備えてストレージを計画および構成することをお勧めします。

サイトにアクセスするときに2分間の応答遅延があった場合、ウォルマートのような大企業がどれほどうまくいかないか想像してみてください。ビジネスおよびミッションクリティカルなシステムは、過度の遅延を許容できず、多くの場合、利用可能な最速のストレージオプションを利用する必要があります。

特定の状況に適したドライブ

すべてのデジタルストレージの使用シナリオが同じというわけではありません。これまでに説明した3種類のストレージデバイスすべてに用途があります。 SSDのパフォーマンスが高速でフォームファクタが小さいにもかかわらず、HDDの販売が間もなく終了する兆候はありません。

クラウドプロバイダーは、WesternDigitalやSeagateなどの主要メーカーによるHDDテクノロジーの改善を利用しています。データ駆動型ビジネスがビッグデータ資産を処理するためのデータレイクを作成するにつれて、事実上無限のストレージ容量に対する需要が日々高まっています。プロバイダーは、ミッションクリティカルなワークロード向けの高速SSDソリューションを顧客に提供しながら、適切な場所でHDDを戦略的に利用しています。

アーカイブされたデータやめったにアクセスされない情報は、HDDに安全に保存できます。 SSDのレイテンシーの低下とスループットの向上は、このタイプのデータには必要なく、コストの増加を正当化するものではありません。応答時間の短い遅延は、ユーザーに大きな影響を与えません。

ユーザーの要求を処理する必要のあるWebサーバーとデータベースは、SSDを使用することですぐにメリットが得られます。多くの場合、HDDは許容できない待機時間につながります。同時ユーザーの数が増えるにつれて、より高性能なSSDを使用することの重要性がより重要になり、成功するオンラインビジネスと、顧客の不満のために失敗するビジネスの違いになる可能性があります。

AtlanticNetのストレージソリューション

Atlantic.Netは、SATAまたはNVMe SSDのいずれかを使用して、VPSホスティングの顧客に高速RAID実装を提供します。標準製品には、SATA SSD RAID 1、SATA SSD RAID 10、およびNVMe SSD RAID 10が含まれます。Atlanticのベアメタルオプションにより、お客様は、ビジネスの固有のニーズに合わせてストレージサブシステムを調整できます。 HDDタイプのソリューションは特定の要件に対するオプションであり、お客様のニーズに合わせてソリューションをカスタムビルドします。