つぶやく
2015/04/03 01:00レビュー
NVMe準拠のPCIe 3.0接続SSD，その圧倒的な性能を確認する
Intel Solid-State Drive 750
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原稿執筆時点で価格は未公開ながら，まず間違いなくいいお値段になると思われる新型SSDを入手できたので，今回はその性能をチェックしてみたい。
2種類のフォームファクタで販売されるSSD 750
というわけで，まずはSSD 750の概要を確認しておこう。SSD 750は，容量1.2TBと400GBの2モデル展開となるが，実は，フォームファクタもPCI Express拡張カード型と2.5インチHDD互換ディスクドライブ型の2種類が用意されるため，当初のラインナップは合計4モデルということになる（表1）。
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SSD 750における最大の特徴は，冒頭でも述べたとおり，論理インタフェースとしてNVMe 1.0が採用された点にある。
SSD用としてこれまで広く利用されてきたSerial ATA（以下，SATA）6Gbpsとその論理層にあたるAHCI（Advanced Host Controller Interface）は，もともとHDDを想定して策定された規格であり，SSDにとっては，もはや機能や性能が十分ではない。
そこで登場したのがNVMeだが，「NVM」は「Non-Volatile Memory（不揮発性メモリ）」の略。つまりNVMeは，フラッシュメモリに代表される“メモリベース”のSSDのために策定されたインタフェースおよび論理層の仕様なのだ。物理層としてはPCI Express Gen.3をそのまま利用し，フラッシュメモリ向けに設計されたNVMeの論理層を載せる形である。
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一方のPC向けにおけるNVMeの対応はというと，2014年に，SATAとNVMeの両方に対応するPC向けインタフェース仕様であるSATA Expressを採用し，PCI Express Gen.2接続の製品がPhilips & Lite-On Digital SolutionsのPlextorブランドやSamsungから出ている。それに続く製品となるSSD 750は，PCI Express Gen.3のx4接続を用いているため，PCにおけるSSD性能のさらなる向上を期待できるSSDということになる。
さて，先ほど紹介したとおり，SSD 750には，Intelが「AIC」（Add-In Card）と呼んでいるPCI Expressカード型と，2.5インチHDD互換のディスクドライブ型という，2種類のフォームファクタが用意されている。
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一方の2.5インチタイプは，マザーボードや拡張カード側にSFF-8643，SSD側にSFF-8639と呼ばれるコネクタを用いた，NVMe専用ケーブルで接続するモデルである。Intelによると，2.5インチ互換形状の製品は，PCI Expressスロットの数に限りのある小型PCを想定したモデルとのことだ。筆者の知る限り，SFF-8643コネクタを装備するPC用マザーボードはない――いわゆるRAIDカードの一部は対応しているから，使えないわけではない――ので，自作PC市場では当面の間，PCI Expressカード型が主流になるのではなかろうか。
 2.5インチHDD互換フォームファクタ用の接続ケーブル仕様に関するスライド。マザーボード側にSFF-8463コネクタを備えている必要がある。Intelは，小型PC向けとしている |
 2.5インチHDD互換フォームファクタを採用する小型PCの例として示されたスライド。ひょっとすると日本でもASUSTeK Computer製品が登場するかもしれない |
気になるSSDコントローラやDRAMキャッシュメモリの容量に関する詳細は，原稿執筆時点では明らかになっていない。NAND型フラッシュメモリが，IM Flashの20nmプロセス技術を用いて製造されるMLCタイプであることのみが公開情報だ。
ちなみに，先ほど紹介したP3700とP3600では，P3700において，高耐久が謳われる特殊なNAND型フラッシュメモリ「HET MLC NAND」（HET：High-Endurance Technology）が採用されていたのに対し，P3600では標準的なNAND型フラッシュメモリが採用されていた。
ここからは筆者の推測だが，PC用の高スペックSSDとして2014年に登場した「Solid-State Drive 730」（以下，SSD 730）が，データセンター向けSSD「Solid-State Drive DC S3500」のPC向けカスタムモデル的な存在だったことと，今回も700番台の型番が与えられていることからすると，SSD 750は，P3600のPC向けカスタムモデルという可能性が高いのではなかろうか。
ちなみにIntelはSSD 750が，一般的なSATA 6Gbps接続のSSDに比べて総合的に4倍以上の性能を持つと謳っている。実際，表1で先に示した逐次読み出し性能値やランダムアクセスIOPS値は，既存のSSDを圧倒している。
なお，そこで示されているランダムアクセスのIOPS値は，Queue Depth（QD）を128に設定のうえ，「Iometer」で計測したもの，より厳密に言うと，「QD＝32」の4スレッドを同時走行させたときのIOPS値とされている。AHCIではQDが最大32だったので，それ以上のQDは意味を持たなかったが，NVMeでは最大65536にまでキュー（Queue）が拡大され，SSDに対する効率的なコマンドの実行とデータ転送が可能になった。こうした違いも「4倍以上の性能」の裏にあると考えていいだろう。
カードは分解できなかったため，外から見て分かることをまとめてみる
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冒頭で紹介したとおり，今回筆者の手元へやって来たのはPCI Expressカード型の容量1.2TBモデルだ。カード長は約168mmで，Low Profile（ハーフハイト）に対応できるようになっており，カードエッジベゼルも，フルハイト用とハーフハイト用の2種類が付属している。
カードの部品面は，ほぼすべてが製品名入りのアルミ製ヒートシンクに覆われており，接着されているのか，取り外すことができなかった。そこで今回は，今回は外から眺めた範囲での紹介に留まることを，あらかじめお断りしておきたい。
 アルミ製ヒートシンクの厚さは約17mm。取り外すことはできなかった |
 モデルナンバーは「SSDPEDMW012T4」。ただ，これが製品版と同じかどうかは分からない |
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同社の型番の命名規則からすると1枚あたりの容量は16GBと見るのが妥当と思われるが，言うまでもなく，1枚あたり16GBのチップで容量1.2TBの容量を実現しているわけがない。型番の表記ルールが変わっているか，部品面には異なる容量のチップが搭載されているかの，どちらかではないだろうか。
P3600（やP3700）のSSDコントローラは，最大48チャネルのフラッシュメモリインタフェースを持ち，その並列動作によってNVMeのスペックに見合う内部帯域幅を得るとされる。おそらくSSD 750も同じような方法で性能を確保しているはずなので，ヒートシンクの下にも，かなりの数のフラッシュメモリチップが搭載されているはずだ。
また，2個取り付けられているチップはMicron Technology製で2Gbit品のPC3-12800 DDR3 SDRAM「4CE72 D9PQL」だ。2枚で容量は512MBという計算になるが，部品面側にもDRAMチップは用意される可能性があるため，キャッシュ容量もいまのところは不明ということになる。
 20nmプロセス技術を用いて製造されるMLC NAND型フラッシュメモリである29F16B08LCMFSが基板裏に14個実装されていた |
 Micron Technology製のロゴがあるDRAMメモリチップ。2枚で容量は512MBだが，SSDに搭載される総容量は分からない |
SSD 750「使用上の注意」
PCI Expressカード型SSD 750は，PCI Express x4以上のスロットに差す必要があるわけだが，実際の運用においては，いろいろ注意すべき点や制限がある。
最大のものは，CPUと接続されるPCI Express Gen.3のスロットに接続しないと十分な性能が得られないということだ。
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LGA1150プラットフォームに対応するマザーボードでは，PCI Express Gen.3を8レーン×2などに分割して利用できるケースが少なくないため，そういう場合は，プライマリにグラフィックスカード，セカンダリにSSD 750を差せば，SSD 750をフルスペックで動作させることができる。ただ，この場合，グラフィックスカードがフルポテンシャルを発揮できなくなる（可能性が出てくる）わけで，ゲーマー的にはちょっと痛い制約といえるだろう。
ちなみに，LGA2011-v3パッケージを採用するCore i7-5000番台のCPUだと，40レーンもしくは28レーンのPCI Express Gen.3を持つので，いま挙げたような心配はほぼ無用だ。SSD 750はハイエンド市場向けSSDなので，Intelも基本的にX99マザーボードでの運用を想定しているという理解でいいのではなかろうか。
以上がハードウェア的な注意点だが，ソフトウェア周りにも注意すべきことが2つある。1つはUEFI（BIOS）側，もう1つはWindows側だ。
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Windows 8対応のマザーボードは，たいていがこの条件をクリアしているはずだが，マザーボード独自の実装が入っていたりすると，OSを起動できない可能性はある。SSD 750を利用するにあたっては，マザーボードメーカーのサポートページをチェックするなどしたほうがいいかもしれない。
一方，Windows側では，OSによる制限がいくつかある。まず，Intelのスペックシートによると，公式対応OSは64bit版のWindows 8.x＆7だけだ。ドライバダウンロードページだと，32bit版Windows 8.x＆7用やWindows Server系OSの一部などもサポートされているようにも見えるので，実際にはさまざまな環境で動くのではないかと思うが……。
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Windows 7環境で今回導入したドライバは，2015年2月5日にリリースされた「Intel Windows NVMe driver 1.1.0.1004」だが，D以降のドライブとして追加するときは，MicrosoftのHotfix「KB2990941」を導入することでも，SSD 750は利用可能になるのを確認できた。
なお，蛇足ながら付け加えておくと，Microsoftが公開中の「Windows 10 Technical Preview」のインストールメディアにもNVMeのドライバが含まれていた。したがって，Windows 8.1以降ならインストール時を含め，特別なドライバなしにSSD 750が利用できるという理解でいいだろう。
Windows 7環境でSSD 730と比較
というわけで，テストのセットアップに入っていこう。
2015年4月時点における4Gamerの標準テスト環境は64bit版Windows 7なので，今回は64bit版Windows 7ベースのシステムを用意した。テスト機に導入したNVMeドライバは「Intel Windows NVMe driver 1.1.0.1004-x64」だ。
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そのほかテスト環境は表2のとおり。テストにあたって，CPU側の自動クロックアップ機能「Intel Turbo Boost Technology」は有効化したままとしている。
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ちなみに，下に示したスクリーンショットは，Intel製SSDユーティリティ「Intel Solid-State Drive Toolbox」でSSD 750を見たものだ。バージョンは3.3.0。原稿執筆時点ではまだ一般公開されていないが，β版というわけではないので，おそらくは，SSD 750の販売開始に合わせて配布が始まるはずである。
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このツールを使えば，SSD 750においても，これまでのPC用Intel製SSDと同じく，最適化やファームウェアアップデート，セキュアイレースといった作業を行える。なお，SSD 750のファームウェアは8EV10135で，原稿執筆時点ではこれが最新版だ。
従来のPC用SSDとは次元が異なる性能を持つSSD 750
まず，Futuremark製のPC総合ベンチマークアプリケーション「PCMark 8」（Version 2.3.293）に用意されたストレージテスト「Storage」から見ていくことにしよう。
PCMark 8のストレージテストは，5本の一般アプリケーションと,「Battlefield 3」および「World of Warcraft」を実際に動かしたときのストレージアクセスを再現したワークロードを3回繰り返し，ストレージの平均転送速度を算出するという，負荷の高いテストだ。
というわけでグラフ1は，ストレージテストの平均転送速度（≒帯域幅）をまとめたものになる。
PCMark 8における平均転送速度は，SATA 6Gbps接続のハイエンドSSDなら300MB/sを超えれば優秀といった感じなのだが，SSD 750はなんと500MB/sを軽く越えてきた。
実のところ，この「PCMark 8で500MB/s超」という平均転送速度は，SATA 6GbpsのSSDを2台束ねたRAID 0構成でさえ達成するのが難しい。PCI Express Gen.3 x4接続となるNVMeの持つ実力が遺憾なく発揮された結果といっていいだろう。
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もっとも，500MB/s超という平均転送速度を持ってしても，ワークロードの実行時間そのものには大差がつかなかったりする。グラフ2は，Battlefield 3およびWorld of Warcraftのスコアを抜き出したものだが，両者のスコアはほぼ同じ。130秒以上という所要時間で1.2秒，もしくは60秒近い所要時間における0.4秒なのだから，体感はまず不可能だ。
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ちなみに，スコアは掲載しないが，ゲーム以外の一般アプリケーションでもワークロードの実行時間は1〜2秒程度の短縮に留まっている。結果として，総合スコアもグラフ3のとおり，わずかに約1％異なるだけとなった。
実際のアプリケーションにおけるストレージアクセスを模したテストとなるPCMark 8のストレージテストでは，ストレージにアクセスする時間より，アプリケーションそのものの動作時間のほうが割合としては遙かに大きくなる。そのため，せっかくの転送速度も，総合スコアには反映されにくいというわけだ。
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続いては，定番のストレージベンチマークツールである「CrystalDiskMark」（Version 3.0.3b ja）のスコアを見ていきたい。
先ほど述べたとおり，SSD 750は新しい世代のストレージであり，最大65536のQDがサポートされる。なので，古典的なベンチマークであるCrystalDiskMarkでSSD 750の性能を計測し切れるのかという疑問はあると思うが，従来型SSDとの比較においては分かりやすいスコアを出せるはずだ。
今回はテストデータを「ランダム」，テストサイズを「1000MB」，テスト回数を「5」に設定したうえで，10回計測し，スコアの平均をとって，揺らぎを抑えることにした。テスト数合計50回分の平均なので，ほぼ確実な値が出ているといえるのではないかと思う。
では，逐次アクセス性能のスコアから見ていきたい。グラフ4がその結果だが，SSD 750の逐次読み出し（Sequential Read）は1.6GB/sを超え，逐次書き込み（Sequential Write）は1.2GBを超えてきた。SATA 6Gbpsの仕様上限でスコアが頭打ちになっているSSD 730に対しては前者で約3.3倍，後者で約2.6倍。「比較する意味があるのか？」と問いたくなるくらいの大差であり，素晴らしい結果だといえる。
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続いてグラフ5は，容量512KB単位でランダムアクセスした結果をまとめたものだ。SSD 750はランダム読み出し（Random Read），書き込み（Random Write）とも1.2GB/sを超えてきた。SSD 730に対しては2.6〜2.7倍程度というスコアになっている。
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少し面白い結果になったのが，グラフ6にまとめた，容量4KBのランダムアクセスをQD＝1で実行したときの結果だ。SSD 750のランダム読み出し時（Random Read 4KB）のスコアが極めて平凡なものに留まり，SSD 730とも大差はついていない。
最近のSSDだと，QD＝1設定におけるランダム読み出しのスコアは差がつきにくくなっているので，ストレージ側以外の要因，具体的にはWindowsのディスクI/O周りの設計がスコアの頭を押さえてしまっているのかなという気もしている。確証は持てないので，判断は保留としておきたい。
一方，書き込み時はSSD 730に対して約3.4倍の差がついている。こちらはSSD 750の性能がストレートに出た結果だろう。
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グラフ7は，ランダムアクセスコマンドを32個単位で処理するQD＝32で容量4KBのランダムアクセスを実行した結果だ。SSD 750は非常に優秀な結果となっているが，すでに述べたとおりNVMeは32以上のQueueを処理できるので，実際には，さらに高い性能を期待できることになる。
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MAXIMUS VII GENEは，CPUから最も遠いところに，PCI Express x4スロットを持つ（※内部レーン数はGen.2 x4）ので，ここにSSD 750を差して，CrystalDiskMarkを実行してみた。その結果が下のスクリーンショットだ。
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CPU直結時と比べて全体的にスコアは落ち込んでいるが，とくに落ち込みが大きいのは逐次読み出しで，先ほどグラフ4で示したスコアと比べると約74％になっている。
このスコアでも，SATA 6Gbps接続のSSDと比べれば圧倒的に高速なのだが，SSD 750のフルポテンシャルを生かし切れていないのも分かるだろう。
SSD 750の内部帯域幅は極めて大きそう
NVMeではより大きなQDをサポートすると再三述べてきたが，ここからは，その効果をIometer（Version 1.1.0）で確認してみよう。Iometerは，ストレージに高い負荷をかけて性能をテストするベンチマークツールで，I/O性能を確認できる機能を持っている。
筆者によるストレージのテストでは4KB単位のランダム読み出しと書き込みを50％ずつ混在させた状態でディスクアクセスを5分間実行し，その間のIOPSを取得する方法を使っているが，今回は少し変えてみた。
まず，SSD 750に限り，QD＝128の設定も追加で試している。設定は単純に「Disk Targets」タブにある「# Outstanding I/Os」の値を変えるだけだ。この値を32にするとQD＝32，128にすればQD＝128としてストレージアクセスが行われる。
また，今回は長い時間におけるIOPSの変化を調べるため，テスト時間を1時間とした。ただ，こちらは結論から先に書いておくとSSD 750，SSD 730ともにスタート時と終了時のIOPSに有意な変化はなかった。どちらのストレージも1時間程度の連続アクセスでIOPSが“ダレる”ようなことはないようだ。
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さて，結果はグラフ8のとおり。SSD 730に対してSSD 750は，QD＝32でも約2倍のスコア差を示すのだが，QD＝128に設定すると，IOPS値は約28％向上し，対SSD 730で約2.5倍のスコア差を示すようになる。テストスレッド側の設定を変えなくても，ターゲットのQDを増やしただけでIOPSが伸びるわけである。
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たとえば，極めて負荷の高いランダムなストレージアクセスが複数のプロセスやスレッドから行われているようなときに，NVMeの深いキューが威力を発揮することだろう。もっとも，個人使用のPCでそのような状況が起きうるかというと，疑問もあるのだが。
最後にHDDベンチマークの定番である「HD Tune Pro」（verson 5.5.0）でSSD 750の挙動を調べてみたのだが，正直，結果には少し感心させられた。
一般的にSSDは，書き込み時の内部帯域幅に限りがある。その点，HD Tune Proの逐次書き込みテストは，SSDの先頭セクタから順に書き込むことによる転送速度の変化をグラフ化して表示するため，キャッシュに起因する転送速度の変化が現れることが多い。
たとえば，SSD 730の結果がまさにそれで，下に示したスクリーンショットだと，大きな上下動がある。ピーク時には400MB/sを超えるものの，SSDの内部では250MB/s程度でしか書き込めていない可能性が，画面から見て取れよう。
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ところが，SSD 750は，スタート直後こそ落ち込むものの，それを除くと，最初から最後まで約1.2GB/s前後をキープした。内部の帯域幅が極めて大きいのだろう。また，アクセスタイムのバラ付きが小さいことから，SSDコントローラも極めて高速であることが窺える。
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文句なしに速いが，当面は「ハイエンドPC向けの高級ストレージ」か
SATA Express仕様のSSDと比較したわけではないが，それでも，SSD 750は間違いなく一般向けのSSDとして最高性能を持つ製品だ，と述べていいように思う。それほどまでに，そのスコアは圧倒的である。
ただ，本稿の序盤で述べたとおり，フルにポテンシャルを活かしきる性能を発揮させるハードルは決して低くない。GPU性能を重視したいゲーマーが使う場合は，LGA2011 v3プラットフォームが必須となるだろう。
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余談気味に続けておくと，ストレージはコンピュータにとって長らく最大のボトルネックになってきたが，NVMe，そしてSSD 750の登場で，それが過去のものになりそうな気配はある。ある種の処理はオンメモリよりストレージにデータを置いてやったほうが高速といったこともあるだろう。こうした変化は将来的に，ゲームを含めたアプリケーション設計にも変化を与えていくはずだ。
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