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2019/02/03

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なぜSSDは早いのか

なぜSSDは早いのか

PCの記憶装置にハードディスクではなくSSDを利用したものがかなりの割合になりました。 SSDはハードディスクに比べて早い、ということが多く語られます、なぜハードディスクよりもSSDの方が高速なのでしょうか。 歴史的な経緯や装置としての特性があります。 ハードディスクはそれまでのフロッピーディスクや磁気テープとの競合として現れ、その高速さと大容量で他の記録装置よりも秀でているということでほとんどのPCやそれ以上のサイズのコンピュータで使用されることになりました。 ハードディスク登場時の巨大なデータといえば、ほとんどの場合現状のWindowsPCが扱うデータに比べれば比較的小さなデータです。 OSもコンパクトなものでドライバなども多くなく、小さいメモリに収まるものでした。 扱うデータは大容量のデータを読み込み逐次処理していくような形が多く用いられていました。 ファイルを順次読み書きするをシーケンシャルアクセスと呼び、連続していないデータを随時読み書きすることをランダムアクセスと呼びます。 ハードディスク登場当時、大きなデータを扱うときはシーケンシャルアクセスを用いる比率が多かったのです。 ハードディスクは円盤型のメディアで、連続したデータは円周上に連なって配置されているため、ハードディスクの回転速度と読み込みレートは密接に関係していました。 現在のOSは、様々なドライバやライブラリなどをその時のメモリの状況やアプリケーションの起動に際して読み込むため、ディスクの様々な領域にあるファイルにほぼ常時ランダムアクセスしています。 ハードディスクは機械の仕組み上、円盤内のバラバラに配置されたデータを読み込むときは磁気ヘッドと呼ばれる読み込み部分をモーターによって動作させ続ける必要があります。その移動に必要な時間がオーバーヘッドになります。 現状のOSやデータのランダムアクセスの多さから、ヘッドを物理的に動作させずにフラッシュメモリの必要な部分にアクセスできるSSDが非常にマッチしている状態です。 SSDは磁気ヘッドと円盤メディアの構造を持たないためランダムアクセスに大変強い記憶装置です。 現在のOSやアプリケーションのファイル操作のあり方から、比較的高額でありながらもSSDがその主流を占めるようになってきています。

2015/11/03

• パソコン関連

ハードディスクとSSD

ハードディスクとSSD

ハードディスクメーカー大手Western Digital社が、フラッシュメモリ、SSD製造大手のSANDISK社を2兆3000億円の大型の買収を行いました。 これは将来的にハードディスクが全てSSDに置き換わるということを決定づけるものではありませんが、Western Digital社としても事業の方向性を大きく変化させる内容の買収のように捉えることができます。 ハードディスクが大容量化するためには、ヘッドと呼ばれる磁気記録の読み取り装置と、プラッタと呼ばれる記録用の円盤の磁性体塗装技術の改良が必要になります。 現在4TBなどの容量を持つハードディスクと、20年前の100MBのハードディスクは物理的な大きさ、形状は同じですが、40,000倍もの記録容量の向上が見られ、それは当時は実現不可能だったハードディスクの製造技術の進歩が必要でした。 ハードディスクは円盤、ヘッド、モーターなど物理的な動作をする機器が多く含まれており、それをコントロールするコンピュータがそれを動作させています。 SSDは記録部分は完全に半導体で、ナノメートル単位のNAND回路という電子回路の集まりです。これが微細化、構造の立体化などの技術を向上させ、記録容量を増加させています。 現在2.5インチハードディスクと同一のサイズで、8TB以上の容量を持つSSDが製品化され発売されています。 民生品で小売価格100万円を超える高価なものですが、販売可能な形で製品化することができたことは大きな飛躍です。 30年前には30GB程度のハードディスクが重量2t、業務用で6,000万円を超える製品でした。 それを考えると、現在のハードディスクは30年でここまで微細化し、価格も同一のものとは思えないものにまで進化しています。 SSDは半導体によるNAND回路の集積率を上げることで、それは現在20ナノメートルの微細度で製造されており、その製造工程の進歩により、さらに面積あたりの記憶容量を増加させることができます。 半導体の開発技術の向上は十年一昔というスピードではなく、2、3年もすれば過去の世代となるとても高速な進歩を遂げています。 SSDの技術開発が、ハードディスクの技術進歩にかける費用よりもコストパフォーマンスが良くなれば、一気にHDDからSSDの時代に変化していくのではないかと考えています。

2015/03/06

• パソコン関連

SSDがメモリ必要量を減らす

SSDがメモリ必要量を減らす

SSD(ソリッドステートドライブ)はハードディスクに変わり、新しいパソコン向けの記憶装置として出回るようになり、それなりの時間が過ぎました。 SSDはフラッシュメモリという半導体(SDカードなどにも利用されているもの)を使用した記憶装置です。 このSSDを搭載したパソコンは、メモリをあまりたくさん搭載していなくても比較的問題なく使える印象を持ちましたので、その意味を考えてみます。 メモリが足りなくなると メモリが足りなくなると、パソコンは一時的にメモリ外、ハードディスクなど遅い装置にメモリ内容を書き出し、メモリを実質的に拡張するように振る舞います。 これをスワップメモリや、仮想記憶と呼びます。 これが発生すると、メモリの読み書きスピードと、ハードディスクなどの読み書きスピードの差異で、急に処理が止まってしまったり、のろのろと動くよう印象を受けます。 かといって仮想記憶の仕組みを止めて、システムが利用できるメモリが0になってしまうと、システムのクラッシュを招きます。 ですので、メモリをたくさん利用するアプリケーションを実行する場合は他のメモリを使用しているアプリケーションを終了させて、という流れになります。 64bitのWindowsなどOSの普及によりメモリ搭載の上限は大きくなりましたので、たくさんメモリを搭載して、このスワップメモリの発生を防ぐという方法もありますが、機器費用としてはメモリに大幅にウェイトが置かれることになります。 ハードディスクとSSDの差 このスワップメモリは、メモリの代わりをするものですから、読み出しや書き込みをする場所の指定を受ければ、そこに直接アクセスしに行かねばなりません。 ハードディスクは構造的に高速で回転する磁気円盤の上をヘッドと呼ばれる装置が移動して、読み書きを行います。 直接アクセスを行う場合は、まずシークといってその場所が磁気円盤のどこにあるかを探し、ヘッドを移動して円盤が回転してくるのを待ちます。メモリの読み書きに比べて数百倍は時間が掛かるものです。 スワップが発生すると、その数百倍の遅さが積み重なって、動作が耐えられないぐらい遅くなったり、止まってしまったかのように見えます。 そもそもハードディスクは動画などの大きなデータを順番に読み取っていくなどの動きに適していて、このようなランダムな場所を直接読み書きするのには適していません。 SSDはハードディスクに比べて、このランダムな読み書きにとても強い性質を持っています。 物理的に動く装置がそもそも内部にありませんので、データは電子的なやりとりとなります。 物理的に見るとメモリと同じ仕組みでのデータの読み書きになり、スワップメモリのようなものにも強くなります。 SSDはハードディスクを接続するSATAよりも高速なPCIエクスプレスへの接続のものが多くなっており、読み書きの高速さからこの仕組みが採用されることが多くなっています。 SSDの寿命について SSDには書き込み上限がある、ということを気にされる方もいらっしゃいますが、現状そのようなことを気にする必要はありません。 SSDが非常に高額で、容量がごく少なかった頃の慣例にすぎなく、よほど弱点を抱えたSSDでなければパソコンそのものの機材の寿命よりもSSDの寿命の方が長いです。 それでも寿命が気になるという場合、失いたくないのは作業効率、データ、SSDのどれかということになります。 効率を失いたくないためにはSSDをスワップメモリの置き場所にすべきですし、データを失いたくない場合はバックアップです。 SSD本体を大事にしたい場合はそれに意味があるのであれば、スワップメモリの苦手なハードディスクにスワップメモリを置くべきでしょう。 メモリ搭載量が多くても64bitOSは贅沢なメモリの使い方をしますので、ユーザーがメモリ使用量を気にしてしまうこともしばしばあります。 そのようなことにとらわれたくない場合は、システムとスワップメモリの置き場所をSSDにすべきでしょう。

2012/12/08

• パソコン関連

ハードディスクとSSD

ハードディスクとSSD

ハードディスクの利点と弱点 ハードディスクの最大の利点といえば、その実績です。 ハードディスクは壊れやすい、あるいはすぐに壊れる、という印象を持たれている方もいらっしゃると思いますが、家庭用のPCから業務機器の中など、さまざまな分野で利用されている、信頼性の高いメディアであるといえます。 内部構造が複雑であり、モーターでプラッタと呼ばれる円盤を高速回転させる仕組みであることから、物理的な障害はいつかは起こります。軸受けの摩耗や、読み取りヘッドが円盤面に接触するクラッシュなどが主な故障の原因です。 障害を減らすためには、できるだけハードディスクを高温下で使わないということが重要です。ハードディスクは構造上熱を持ちやすいので、排熱をしっかりしておかないと、自分自身の熱で寿命を低下させることになりがちです。 このような劣化は必ず起こることなので、バックアップやRAIDなどを利用して障害に備えることで、データを保護する必要があります。 価格あたりの容量単価が高いことは大きな利点です。ハードディスクは記録・読み出し方式が更新され、記録容量が年々進化しており、より高密度の情報を一枚のプラッタに記録することができるようになっています。 SSDの利点と弱点 SSD(ソリッドステートドライブ)の最大の利点は、その読み書き速度です。 連続読み出し速度は高速なものであれば400MB/秒以上にもおよび、ハードディスクの3倍以上の高速性をもちます。 ハードディスクはプラッタの回転速度と、ヘッドの移動速度など、物理的な可動部の制約に縛られていますが、SSDはフラッシュメモリへの電気的なアクセスになりますので、そのような制約を受けません。 システムの起動や、アプリケーションの起動などは確実に実感できるぐらいに高速化します。 最大の弱点とされる点は、書き換え可能回数に上限があることです。 このことについて、実際に検証されているサイトもあり、参考になります。一般的な用途であれば、書き込み上限に達するにはかなりの時間がかかるようですが、製品ごとに性質が違うので、必ずしも十分な寿命を持っていない可能性もあります。 この制約があるので、頻繁に書き換えのおこる場合や、一時データを保管するのには用途として向いていないとされています。 容量単価はかなり高価です。また、ハードディスクほど巨大な記憶容量を持った単体のドライブはまだ出回っていません。 高価とはいえ、値段はこなれてきており、それによって効率化される分野であれば導入する価値のあるデバイスです。 ハイブリッド型とFusionDrive これらの両方の特性の良い部分を活かしたハイブリッドハードディスク、あるいは最新型のiMacやMac miniに搭載されているFusionDriveと呼ばれるものがあります。 大規模なデータはハードディスク部に置き、頻繁に読み取られるデータはSSD部分に保存することで、両方のメリットを受けることができます。 小容量のSSDをハードディスクのキャッシュとして利用することで、全体の価格を抑えつつHDDの大容量も同時に備えるドライブをハイブリッドハードディスクと呼びます。 FusionDriveは128GBのフラッシュディスクと、1TBあるいは3TBのハードディスクを一つのボリュームとして扱います。 一般にハイブリッドハードディスクと呼ばれる単体のドライブではなく、個別のフラッシュディスクとハードディスクをシステム上で一つのドライブとしてアクセスする仕組みです。 128GBの容量を超えたデータを扱うとき、どういう挙動になるのか、頻繁に読み取る部分をどう判別するのか、といった部分はこれから検証が待たれます。