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NVMe：SATA AHCI SSD から、NVMe SSD へ｜株式会社アークブレイン
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NVMe（Non-Volatile Memory Express）とは
こちらは、「インテル® SSD（Solid State Drive）」をお使いになる場合の技術的な解説ページとなります
SATA AHCI SSD から、NVMe SSD へ
AHCI と NVMe の仕様の違い
インテル® SSD 535、540、730 シリーズ（M.2、SATA AHCI） と 750 シリーズ（NVMe）の比較
インテル® SSD NVMe のドライバー
インテル® Data Center Tool と インテル® SSD Toolbox
PC と NVMe を接続する方法（HHHL / U.2 コネクタ［SFF-8639］）
物理 PCIe NVMe SSD のインストール手順
NVMe の OS ブートに対応したマザーボード・リスト（インテル® SSD 750 シリーズ）
SSD や NVMe で絶対にやってはいけない『禁止行為』


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SATA AHCI SSD から、NVMe SSD へ

　NVMe 「NVM Express（Non-Volatile Memory Express、NVMe）」 は、SATA（Serial ATA） の AHCI（Advanced Host Controller Interface） と同様に、コネクタの形状のことではなく、SSD（Solid State Drive） ストレージのための ソフトウェア規格 のことを意味します。
　NVMHCI（Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification ）の詳細な仕様は、Non-Volatile Memory Host Controller Interface Working Group という団体によって決められています。


http://www.nvmexpress.org/specifications/
（2017年12月時点での最新規格は 1.3a）

■ HDD（Hard Disk Drive）用に設計された SATA（Serial Advanced Technology Attachment）の物理的な限界
　SATAの転送速度は上限が6Gb/s（約600MB/sec）ですので、転送速度は、絶対にこの値を越えることができません。
　サーバー用のストレージ向けに開発された SAS（Serial Attaced SCSI）だと、12Gb/s（約1,200MB/sec.）という更に高速な規格もありますが、デスクトップPC向けマザーボードには、恐らく価格が高くなるという理由で、標準では搭載されていません。SASのRAID コントローラーは PMC Adaptec社や、Avago Technologies社（旧LSI）より各種出されていますが、64bitのブロセッサを搭載して、Mini-SAS HD（SFF-8643コネクター、12Gb/s × 4=Max. 48Gb/s）、RAID 5/6 に対応した高性能なものは、10万円以上の価格となってしまいます。
　そこで、SSDが本来持つ速度を最大限に引き出すために作られた技術が NVMe です。
　SSD NVMe は、Thunderbold の基盤ともなっており、グラフィックス・カードで使われている PCI Express（Peripheral Component Interconnect Express） の技術を利用しています。 PCI Express は、IDE、PCI や AGP の様な パラレル・インターフェイスではなく、RS-232Cや、Ethernet® の様な、シリアル・インターフェイス になっています。 （Express の語源は、ラテン語の「expressus」で、「外に押し出す」という意味。 ドリップコーヒーより抽出が早い イタリア語の expresso と同じ語源。 英語では、「表現する」という意味で使われることが多い。 名詞的には、「急行」、「速達」（英）、「至急」（米） という意味で使われる。）
　PCI Express Gen（Generation）3 は 1レーン 当たりで、約1GB/sの転送速度があります。 PCI Express Gen3 4レーン の場合、その４倍の、最大 4GB/s という転送速度があります。
　一方、SAS RAID コントローラーは、PCI Express Gen3 8レーン（最大8GB/s）を、グラフィックスカード、GPU、インテル® Xeon® Phi™ coprocessor（Knights Conner）は、PCI Express 16レーン（Gen3 は 最大16GB/s、Gen2 は最大8GB/s）を採用しています。
　現在の SATA SSD は、SATA の 600MB/s という転送速度の壁にぶつかってしまっています。 PCI-E 3 x4 を使った、現在の NVMe SSD は、まだ 4,000MB/s には少し余裕がありますが、何れは SATA SSD の場合と同じように壁にぶつかることは間違ありません。その場合は、PCI-E 3 x8 や x16 を採用した NVMe SSD が登場してくるかもしれません。もし、それでも転送速度が足りないという場合でも、PCI-E Gen4 x16（一方向あたり 32GB/s） や x64（128GB/s）や、次世代の Intel Xeon Phi processor（Knights Landing） から採用される インテル® Omi Path（Gen1 ： 1リンクが 2×100Gbit/s の伝送速度） を採用した NVMe SSD も登場するようになってくるかもしれません。
　実際のところ、データセンター向けの非常に高価な NVMe SSD とはなりますが、2015年の9月に 「インテル® SSD DC P3608 シリーズ」がリリースされています。 今のところ、この NVMe SSD だけですが、PCIe NVMe 3.0 x8（片方向 最大 8GB/s）を採用しています。 シーケンシャル・リード は何と5,000 MB/s、ライトは 3,000 MB/s、ランダム・リード（100% スパン）は、驚くべきことに 何と 850,000 IOPS を実現しています。 ［仕様］ この数字は、インテル® SSD 750 シリーズの、読み込みについては２倍以上、書き込みについては、何と約３倍高速となっています。

■ AHCI と NVMe の仕様の違い
　AHCI は、HDD（Hard Disk Drive）用に決められた仕様ですが、NVMe は、最初から HDD よりは一桁高速な SSD という、ストレージ・デバイスのために決められた仕様ですので、大きく仕様が向上しています。
　例えば、4KBの転送に必要なコマンド・パラメータは、AHCIの場合、2 serialized host DRAM フェッチ 必要なのに対して、 NVMe の方は、1フェッチ（64 Byte）で済んでしまいます。
　コマンドを処理するキューが、AHCI の場合は 1つ なのに対して、NVMe の方は、データーセンター等の用途での複数のデーターアクセスを想定しており、高い IOPS（I/O Per Second） を実現できるように、何と 65,536 に増やされています。
　また、キュー（命令）数は、AHCI の場合、最大32個 なのに対して、NVMe の方は、同様な理由により、最大65,536 になっています。
　 AHCI
（Advanced Host Controller Interface）		 NVMe
（Non-Volatile Memory Express）
最大キュー 深度 1 コマンド キュー
32 コマンド / キュー		 65536 キュー
65536 コマンド / キュー
Uncacheable register accesses
(各々 2000 サイクル)		 6 / Non キュー コマンド
9 / キュー コマンド		 2 / コマンド
MSI-X
（Message Signaled Interrupts）
と 割り込みステアリング		 単一の割り込み
ステアリング 無し		 2048 MSI-X 割り込み
パラレリズム
および、マルティプル・スレッド		 コマンドを発行するために、
synchronization lock が必要		 No locking
4 KB コマンドの効率
 コマンド・パラメータ は
2 serialized host DRAM フェッチ必要		 コマンド・パラメータ は
1 フェッチ（64 Byte）で済む
レイテンシー（遅延時間）
 80(Read) / 85(Write) µs 程度
（インテル® SSD 535 シリーズ）		 20(Read) / 20(Write) µs 程度
（インテル® SSD 750 シリーズ）
IOPS（8GBスパン）
 48,000(Read) / 37,000(Write)
（インテル® SSD 535 シリーズ 480GB）		 440,000(Read) / 290,000(Write)
（インテル® SSD 750 シリーズ 1.2TB）
AHCI と NVMe の仕様の違い

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