2019-03-15

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ssd

【SSD】
【Solid State Drive】
不揮発性メモリ。

ファームファクター

SSDの形状のこと。

2.5インチSSD

Serial ATA SSDの主流。

mSATA SSD

ノートPCなどで使用される。カードのような形状をしている。

M.2 SSD

【Next Generation Form Factor】
PCIeとの互換性により大幅に転送速度の向上した。PCI Express 3.0 x4であれば32Gb/sほどになる。

ピンの形状

key B(Socket2)
SATA接続
Key M(Socket3)
PCI Express接続
key B & M
両方対応

Type

「Type + 幅　長さ」

HHHL SSD

【Half Height adn Half Length】
PCI Expressスロットに挿すタイプ。

U.2 SSD

サーバー向けPCIe。

インタフェース

SATA SSD

【Serial ATA】
ATAの後継規格。
ケーブル上では8bitのデータが10bitに符号化される（8b/10bエンコーディング）。
「Gbps」は「信号速度」、「MB/s」,「GB/s」は「データ帯域」と使い分ける。
中心規格

規格名	物理転送速度	実行転送速度	インタフェース名
Serial ATA Revision 1.0	1.5Gb/s	1.2Gb/s(150MB/s)	First generation
Serial ATA Revision 2.0	3Gb/s	2.4Gb/s(300MB/s)	Second generation
Serial ATA Revision 3.0	6Gb/s	4.8Gb/s(600MB/s)	Third generation

eSATA

【Exterrnal Serial ATA】
Serial ATA Revision 1.0aの拡張規格で外付けドライブ向けに定義されたもの。
eSATA(3Gb/s)とeSATA(6Gb/s)がある。eSATA(3Gb/s)でもUSB3.0と同等以上の転送速度がでる。

ATA

【Advanced Technology Attachment】
パラレルATAと呼ばれる。SATAが出る前の規格。
中心規格

規格名	正式名称
IDE	Integrated Drive Electronics
EIDE	Enhanced IDE
ATAPI	ATA Packet Interface
48bit LBA

SATA Express

【Serial ATA Express】
SATAとPCIenの両方のストレージをサポートするインターフェイス。 Intel 9シリーズチップセット、Z97およびH97以降にサポート。

PCI Express

最近普及してきたインタフェース。SATAだと600MB/sが上限だが、SSDの性能はそれを越すため頭打ちになっていた。そこでSATAに代わるように浮上してきた。

PCI Express 1.1

1レーンあたり2.5Gbpsで、双方向で5Gbps。8b/10bエンコード方式を用いる。

PCI Express 2.0

片方向5.0Gbpsとなった。

PCI Express 3.0

片方向8Gbps。エンコード方式を「128b/130b」に変更された。最大32レーンまで束ねることができる。
信号速度を「Gbps」ではなく「GT/s」と表記することが多くなった。2.0にくらべ信号速度は1.6倍だがデータ帯域は2倍増加した。

PCI Express 4.0

片方向16GT/s。最大64レーンまで。

PCI Express 5.0

2019年内の策定完了目標。32GT/sを実現する。

{
    "title": "主なインタフェースのデータ帯域",
    "height": 150,
    "width": 500,
    "data":{
        "values":[
            {"規格名":"Serial ATA 3.0", "転送速度(MB/s)":"600"},
            {"規格名":"PCI Express 2.0 x2", "転送速度(MB/s)":"1000"},
            {"規格名":"PCI Express 2.0 x4", "転送速度(MB/s)":"2000"},
            {"規格名":"PCI Express 3.0 x4", "転送速度(MB/s)":"4000"}
        ]
    },
    "encoding": {
    "y": {"field": "規格名", "type": "Ordinal"},
    "x": {"aggregate":"max", "field": "転送速度(MB/s)", "type": "quantitative"}
    },
  "layer": [{
    "mark": "bar"
  }, {
    "mark": {
      "type": "text",
      "align": "left",
      "baseline": "middle",
      "dx": 3
    },
    "encoding": {
    "text": {"field": "転送速度(MB/s)", "type": "quantitative"}
    }
  }]

}

プロトコル

NVMe

【Non-Volatile Memory Express】
PCI Express SSDに最適化されている。

AHCI

【Advanced Host Controller Interface】
Serial ATAに最適化れている。PCIeレーンを使用してAHCIで通信する。

レガシーSATA

SATA接続のSSDに使用される。M.2端子のSATA 3.0 6Gb/sポートを使用してAHCIで通信する。

アクセス

CHS方式

【Cylinder/Head/Sector】
何番目のシリンダーの何番目のヘッドの何番目のセクターにアクセスするかというジオメトリ情報を指定してアクセスする方式。値はデバイスドライバーが計算する。

LBA方式

【Logical Block Addressing】
すべてのセクターに0からの通し番号をふりアクセスする方式。セクター番号とセクター位置はコントローラーに内蔵されたファームウェアが計算する。通常セクター番号が小さいほど外側の領域を指定する。

504MBの壁

C/H/S（シリンダー数/ヘッド数/セクター数）の上限である1024/16/63の時の容量。

シーケンシャルリード

連続したデータの読み出し。

シーケンシャルライト

連続したデータの書き込み。

ランダムリード

不規則な読み出し。

ランダムライト

不規則な書き込み。

IOPS

【Input Output per second】
1秒間に実行可能なIO数のこと。

QD(Q)

【Queue Depth】
SSDへのまとめて実行する命令（キュー）の数。

読み書き/削除

読み書きはページ単位で行うが、削除はページをまとめたブロック単位でしかできない。

4Kアライメント

512バイトセクターではなく、4096バイトセクターを使用すること。これにより効率化することができる。

TBW

【Total Byte Written】
書き込み可能な限界値

SSDの構造

インターフェイス
筐体
NANDメモリコントローラー
キャッシュメモリ
NAND型フラッシュメモリチップ

NANDメモリコントローラー

多くの場合、32ビットRISCプロセッサを内蔵した専用チップが使用される。16チャンネル並列アクセスが利用される。32チャンネルを使用した場合は理論上の速度は2倍になる。

ウェアレベリング処理
特定のメモリセルにアクセスが集中しないように拡散するシステム。
アドレス変換
論理アドレスを物理アドレスに変換する。
NANDチップの並列動作（インタリープ）
エラー補正機能
同じセルに読み書きしているとエラーが増えるので、データに加えてエラー補正データを書き込む。読み出しに補正データを使用してデータを補正する。
各ブロックの消去回数管理
NANDフラッシュメモリはブロック単位で消去を行う。この回数で寿命がきまるのでそれを記録する。

キャッシュメモリ

NANDメモリの管理情報の保管やデータキャッシュに使用される。コントローラーに内蔵してあるケースもある。

NAND型フラッシュメモリ

コントローラーの並列アクセス数と同じ数、またはその2倍の数のチップを実装している。

NOR型

集積度が低く、容量が少ない。しかし読み書き速度は高速。BIOSなどに使用される。

マルチレベルセル

大容量、低コスト化のために1つのセルに多くのビットを保存する方法。

SLD

【Single Level Cell】シングルレベルセル
1つのセルに1ビットの情報を保存。耐久力がとても高く、書き換え上限も約10万回と非常に多い。そして高い精度を誇る。ただし価格がとても高く、低容量。

MLD

【Mutiple Level Cell】マルチレベルセル
1つのセルに2ビットの情報を保存。書き換え回数も落ち約1万回。

TLC

【Triple level Cell】トリプルレベルセル
1つのセルに3ビットの情報を保存。耐久性は落ちるがとても低コストになった。書き換え上限は約3000回。

QLC

【Quad Level Cell】クアッドレベルセル
1つのセルに4ビットの方法を保存。耐久性はさらにおちるがさらに低コスト、大容量化が進んだ。

3D XPoint

IntelとMicron Technologyが共同開発した次世代のメモリ・ストレージ技術。NANDメモリの比で。レイテンシが10分の1、読み書き速度が4倍、寿命が3倍を提供する。ただし、大容量化のめどがたってなく、供給が安定しないので価格が高い。

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