【Haswell Refresh徹底紹介(4)】M.2の実力は？

SSD高速化のカギはPCI Express接続、注目はM.2インターフェース

【M.2】
PCI Express接続と従来のSerial ATA接続の両方をサポートするM.2スロット。接続されたデバイスが、PCI Express、Serial ATAのどちらを利用するかは自動判別される

【SATA Express】
SATA Expressコネクタ（写真下段）は、従来のSerial ATAと同形状のコネクタが二つと制御信号用のコネクタ一つがワンセットで構成されている。PCI Expressデバイスの接続に加えて、Serial ATA形状のコネクタに従来のSerial ATAデバイスを接続することが可能だ

　現状、Serial ATA 3.0は、SSDの性能向上の足かせとなっている。そこで期待されているのが、PCI Expressをデータ転送バスに採用することで高速化を図る手法である。Intel 9シリーズチップセットは、SATA Revision 3.2で規格化された新インターフェース「M.2」に正式対応し、加えてこのチップセットを採用するマザーボードは、もう一つの新インターフェース規格「SATA Express」にも対応する製品が多い。そして、M.2とSATA Expressは、いずれも内部的にPCI ExpressとSerial ATAの両方の信号を使った接続をサポートしている。

各ストレージインターフェースの仕様

　M.2は、カード型の機器のダイレクト接続を想定したインターフェースだ。PCI ExpressとSerial ATA接続をサポートすると書いたが、規格としてはUSB 3.0やBluetoothなどもサポートしている。ただし、M.2スロット側で実際にどの信号が使えるかは実装により異なる。注目のPCI Express接続の場合は、1.0、2.0、3.0をサポートし、最大4レーンでの接続に対応する。最大データ転送速度は、PCI Express 2.0 x4接続の場合で20Gbps、3.0 x4接続なら32Gbpsで、Serial ATA 3.0の6Gbpsよりも大幅に速い。

M.2には、KeyA、KeyB、KeyE、KeyMの4種類の形状があり、それぞれ利用できる信号が異なる。前者は、PCI Express x2接続とSerial ATA接続、後者はPCI Express x4接続とSerial ATA接続をサポートする。KeyBはSocket 2、KeyMはSocket 3とも呼ばれる

M.2のSocket 3（上）、Socket 2（下）は、切り欠きの位置が異なっている。9シリーズ世代のマザーボードは、現状すべてSocket 3を採用している

　M.2では、スロットの形状も複数規定されている。現状、PC用マザーボードで見かける形状としてはSocket 2（KeyBとも呼ばれる）とSocket 3（KeyMとも）の2種類がある。Socket 2はSerial ATAとPCI Express x2接続、Socket 3ではSerial ATAとPCI Express x4接続をサポートする。

　筆者が調べた限りでは、各社の9シリーズマザーボードのM.2スロットは、すべてSocket 3をだった。一方、機器側の形状は、Socket 2/3のどちらか一方の接続に対応するシングルスロットモジュールとSocket 2/3の両方で利用できるデュアルスロットモジュールがある。

SATA Expressは従来型の2.5/3.5インチドライブ向け規格

　SATA Expressは、従来型の3.5/2.5インチドライブ向けの規格だ。PCI Expressに関しては2.0および3.0をサポートし、最大2レーンでの接続に対応する。Intel 9シリーズチップセット搭載マザーボードに搭載されたSATA Expressのコネクタは、従来のSerial ATAと同形状のコネクタが二つと制御信号用のコネクタ一つがワンセットで構成されている。Serial ATAコネクタ部は、従来のSerial ATA機器を接続できる。

　PCI Express接続のSSDを接続する場合は、Serial ATA形状コネクタあたりPCI Express 1レーン分の信号を転送する仕組みで、上記のSATA ExpressコネクタワンセットでPCI Express 2レーン分の信号を転送できる。一方、機器側のコネクタは、SASで採用されているSFF-8680をベースとしたもので、従来のSerial ATA接続のHDDやSSDのコネクタとは互換性がない。将来的に2.5インチや3.5インチ形状のSATA Express対応SSDが登場した場合は、専用の新しいケーブルが必要になる。

M.2/SATA Expressデバイスの接続経路

M.2、SATA Express対応の内部PCI Express接続のSSDは、従来のSerial ATAコントローラを介さずにCPUと接続するため、PCI Expressネイティブ接続のSSDとも呼ばれる。PCI Expressネイティブ接続のSSDは、機器の制御用インターフェースにAHCIまたはNVM Express（NVMe）を使用する。AHCIは、従来のSerial ATAの互換モード。NVMeは、NANDメモリなどの不揮発メモリに最適化された専用モードで、PCI Expressネイティブ接続のSSDでは、プロトコルが効率化され、レイテンシが減少するというメリットもある。さらに、レイテンシの減少との相乗効果でランダムアクセス性能が大幅に向上するとアナウンスされている。現状のPCI Expressネイティブ接続のSSDは、AHCIのみの対応だが、年内にはNVMe対応SSDも登場する予定だ。

SAMSUNG XP941 MZHPU512HCGL(実売価格：85,000円前後)
「PCI Express 2.0 x4接続のM.2 SSD」

M.2（PCI Express 2.0 x4接続）/512GB

　SAMSUNGのXP941は、PCI Express2.0 x4ネイティブ接続のSSD。コントローラは、同社のSerial ATA接続のSSD同様に自社開発のトリプルコアを搭載した高性能品だ。自社製造のToggle DDR対応のMLC NANDメモリを採用している。起動用のOption ROMを搭載しないため、古いマザーではOS起動を行なえない点には注意が必要だ。米国amazon.comで購入できるほか、日本でもごく少数の販売が予告された。

PLSD Plextor M6e PCI Express SSD PX-AG256M6e(実売価格：39,000円前後)
「Option ROM搭載で環境を選ばない」

M.2（PCI Express 2.0 x2接続）/256GB

　PX-AG256M6eは、OS起動用のOption ROMを搭載したPCI Express 2.0 x2ネイティブ接続のSSD。制御系はAHCIのみをサポートしている。コントローラは、Marvell製の88SS9183を採用し、東芝製Toggle DDR対応MCL NANDメモリを採用している。リテール版はPCI Expressスロット変換アダプタが付属しているが、付属していないバルク版も流通している。

Intel SSD 530 SSDSCKGW180A401(実売価格：18,000円前後)
「安心のSerial ATA接続を活かす」

M.2（Serial ATA 3.0接続）/ 180GB

　M.2形状のSerial ATA接続のSSD。コントローラはIntel型番だがLSI Sandforce SF2281と同一。Serial ATA接続をサポートしたM.2スロットで利用でき、mSATA的な使い方が想定される製品だ。

x2接続でもSerial ATAより速い

CrystalDiskMark 3.0.3（1,000MB、5回）の結果

PCMark 8 v2.0.228－Storage Testの結果

　内部PCI Express接続のSSDを利用する最大のメリットは、Serial ATAの最大転送速度6Gbpsの制限から開放されることによる性能向上だ。ベンチマーク結果を見ると、最大速度はCrystalDiskMark 3.0.3の結果からはPCI Express接続による性能向上が明確に見て取れる。

　PCI Express 2.0 x4接続対応のSAMSUNG XP941の最大読み出し速度は、PCI Express 2.0 x2接続のM.2スロットの場合で770MB/s超、PCI Express x4接続の場合では1,000MB/s超の速度を記録。書き込み速度もそれぞれ、750MB/s前後、920MB/s前後を記録。Serial ATA接続の最新SSDであるPLDS Plextor M6Sとは比較にならない速度だ。PCI Express 2.0 x2接続のPlextor M6eも、M6Sより速い。最大読み出し速度は750MB/s前後、記録速度も580MB/s前後と、Serial ATA接続の製品を凌駕する。

　おもしろいのは、 実使用感を測るPCMark 8の総合値のStorage Scoreでは、PCI Express接続製品はSerial ATA接続のM6Sよりも若干よい程度だが、ストレージ自体の性能を計測するStorage Bandwidthは100MB/s以上速いという点。ストレージの速度が向上した結果、少々の速度差では体感に直結しにくくなっているということかもしれない。

[Text by 北川達也]