SSDとは (エスエスディーとは) [単語記事]

SSDとは、

半導体メモリを使用する補助記憶装置「Solid State Drive」。「Sol id State Disk」とも。本記事で記載。
作曲家・飯吉新の公式サイト（SHIN SOUND DESIGN）の略称。　→　SHIN SOUND DESIGN
アメリカのプロレスラー、スコット・スタイナーのプロレス技「スタイナー・スクリュー・ドライバー」の略称。
映画『スター・ウォーズ』に登場する超大型宇宙船　→　スーパー・スター・デストロイヤー
「世界の新着動画」の略（Sek ai no Shinchaku Douga）。
「そんな装備で大丈夫か？」の略（Sonna Soubide Dai joubuka?）。
南スーダン（South Sudan）の国名コード。
ゲーム『学園アイドルマスター』に登場する飲み物、「スーパースタミナドリンク」の略(Super Stamina Drink)。 →　咲季の特製手料理

概要

HDDと同じようにPCに搭載してプログラムやデータを保存するデバイスで、HDDが金属ディスクを回転させて磁気ヘッドで情報を読み書きするのに対し、SSDは半導体メモリ（フラッシュメモリ）に情報を記録する。

簡単に言えば、「USBメモリを大容量化、高速化し、HDDと同じ扱いができるようにしたもの」である。

OS側からはHDDとして認識されるのでブートドライブ（PCの起動ドライブ）としても使用可能である。

HDDと比較した場合、かつては「一度書き込むとほとんど上書き（書き換え）されることの少ないブートドライブ、もしくは衝撃の多いモバイル PCや車載PCでの使用に特に適しており、それ以外には向かない」と言われていた時代もあったが、現在では高価である事以外のデメリットは小さくなってきている。特に、かつて盛んに言及された「書込み回数の上限により寿命が短いのではないか」という懸念はほぼ無視してよいレベルのものになった（後述）。大手メーカからデータセンターなど業務用の製品も出ているほどである。

HDDに対するSSDのパフォーマンスの高さは非常に魅力的であり、今後より一層の普及が見込まれる。

「外付けHDD」のように持ち運んでの使い方もできるのだが、HDDよりも小型化ができることから、親指の大きさ程度、つまり旧来のUSBメモリ程度の大きさでかつUSB接続できる、つまり「USBメモリとほぼ同じ」扱い方ができるSSDも登場しており、スティック型SSDなどと呼称される。USBメモリとの違いは、容量が大きい事と転送速度が速い事。

HDDと比較した場合のメリット/デメリット

メリット

HDDの様な金属ディスクが無いので、シーク時間や回転待ち時間がなく、ランダムアクセス時の読込性能に優れる。そのためOSやアプリケーションの立ち上げや動作が軽快となる。さまざまなベンチマークなどでも大きな差が認められており、HDDと比べて体感的にも確実にスピードアップする。
衝撃によって破損しやすいディスク駆動部分、ヘッドやモータがないため耐衝撃性に優れる。（読込だけであれば）経年劣化にも強い。要するに、一般的な使用法であればHDDと比べて壊れにくい。
ディスクを回転させる必要もなく、HDDと同じ程度の性能で良いのであれば消費電力が少なく発熱も少ない。
ただし、PCI Expressに接続するNVMe規格のSSDの場合は、数十Gb itオーダの性能が出るが発熱もその分大きく、ヒートシンクなしでは発熱の結果強制停止に至ることすらある。(Gen3.0Gen4.0の読み書き3500MB/s台のはそこまで心配しなくても良いが)
駆動部品が無いので静音性に優れる。
3.5インチが多いHDDよりも小さく薄い。市場で出回っているのは2.5インチ製品が主流だが、グラフィックボード級のサイズなど高い性能を重視したタイプの商品も存在する。複数枚セットしたり狭いところにも入れられるなど設置の幅が広い。
2010年後半からは22mm×80mmなどのm.2規格のものが台頭し、マザーボードの空きスペースにも収められるようになった。

デメリット

値段が高い。現状ではHDD（2円弱～/GB）よりもビットあたりの単価が数倍以上（5円弱～/GB）であり、大量のデータを保存する用途には向かない。但しなかなか値段の値段が下がらないHDDと対称的に2023年現在SSDの価格が急落しており1TB帯ではHDDと遜色ない価格（6000円前後）のものも散見される。
故障時のデータ復旧が難しい。データ復旧業者の多くが、HDDよりも難しいと明言している。上記のようにHDDより壊れにくいのは確かなのだが、いざ壊れた時の対処が難しいという事である。

デメリット（解消済）

フラッシュメモリの特性上、各セクタへの書き込み回数に限界がある（チップにもよるが、TLC タイプ：約1000回、MLC タイプ：約1万回、SLC タイプ：約10万回程度と言われている）。このため、かつてはHDDよりもかえって寿命が短くなるのでは、と言われていた。
しかしこの書込み回数制限を回避するために、SSDの内部でチップ毎の書き込み回数を分散させる機能が働いている。そのため、一般的な使用法で実際に書き込み寿命に到達するまでの期間は、使用者の寿命を超えるくらい長い。^[1]
長期使用により書き込み速度の低下が報告され、これは多くの場合、SSDがデータを消去する仕組みに起因していると言われていた。　→　近年の製品ではTrim コマンド（後述）機能によってある程度解消されている。
2008年ごろまでの多くのOSで採用されているファイルシステムは「HDDでの運用」が前提となっているため、SSDの性能を引き出せる環境が整っていなかった。　→　Windowsでは2009年のWindows 7から、Macintoshでは2011年のOS X v10.7 Lionから上述のTrim コマンドを正式サポートするなど、SSDに最適化された動作モードが盛り込まれている。
JMicron社製のコントローラチップ「JMF602」を採用したSSDでは、プチフリーズ（略してプチフリ）と呼ばれる一時的にPCからの応答がなくなる問題が発生していた（他機種でも確認されたという情報もあるが、掲示板など信憑性にかけるものが多い）。　→　JMicronが対策を行ったためそれ以降に出荷された後継のチップではプチフリ問題は発生していない。

SSDの問題点

現在の大多数のSSDで使用されているメモリチップはNANDフラッシュメモリである。このフラッシュメモリの特性として、HDDやDRAMと決定的に違うのは上書きが不可能であるという点である。つまり、上書きするためには「消去→書き込み」という手順を踏まなければならない。

なぜそれがHDDと比べての問題となるのか？

まず、HDDでもそうだが、普通にデータを消去しようとする場合、いちいち本当に消去していては時間がかかるため、内部的には「このデータはもう使わない不要なデータです」という印をつける作業しかしない。

そして次にその不要データが使っていた場所に新たなデータを書き込もうとするとき、HDDでは「使わないデータの上に上書きする」という一回の作業でよいが、SSDでは「データを本当に消去する→そこに書き込む」という手順になる。手順がひと手間増えるのだ。

さらに、多くのフラッシュメモリは「読み書きはページ単位、消去はブロック単位」という仕組みを取っている。例としてページサイズが2kB、ブロックサイズが256kBといったフラッシュメモリの1ページを上書きする場合、最悪のケースでは残りの254kB分のデータをキャッシュし、1ブロックを消去、上書きするデータとキャッシュしたデータを合わせた256kBを書き込むという手順が必要になる。これはわずか1b itのデータを書き換えるのに127回の読み出し、1回の消去、128回の書き込みが発生することに他ならない。

加えてほとんどの製品で複数チップの並列アクセスによる高速化がなされており、例えば8チャンネル並列アクセスの場合、ページサイズは16kB、ブロックサイズは2MBといった扱いになり、ランダムライトに対する効率が低下する。

新品時は空きブロックに順次書き込むだけで済むが、使用を重ねるにつれてブロック消去時のデータ退避に伴うオーバーヘッドが顕在化する。ちなみにJMicron製 JMF601/602 系列のチップは、このオーバーヘッドの顕在化によるアクセス急増に対して力不足が指摘されており、これがプチフリーズの一因とされている。他のメーカーの製品でも、フリーズに至らずとも、使用を重ねていくと新品時よりも明らかに速度が低下したと言う情報がユーザーの間からも挙がり、空き容量によって速度が変化するとイベントにおいて Intel 関係者が公言していた。

ちなみにOSから論理フォーマットすることはフラッシュメモリチップの消去には繋がらず、これに対する解決法とはならない。根本的な解決策としては「Sec ure Erase」コマンドが挙げられ、これを行うことで SSD 上の全物理ブロックが消去され、新品時の速度を取り戻す事ができる。ただし「Sec ure Erase」コマンドは、搭載するコントローラチップが対応していなければ使用できず、使用するにもSSD製品メーカーが提供しているメンテナンスユーティリティーソフトを使用せねばならないなど敷居が高い。

そして新たな解決策として、「Trim」コマンドが開発された。

更に最近の製品では空き容量に余裕のある場合に一部の領域をSLCに領域展開してアクセス速度を上げたりDRAMを載せたりシステムメモリの一部をSSDのキャッシュに割当てて速度低下を防いでいる。

Trimコマンド

「Trim」とは「余計な部分を刈り取って整える」という意味であり、その名のごとく「こまめに不要なブロックを消去して整える」機能であると思えばよい。

ユーザーが削除したりOSやアプリケーションが不要と見なして削除したデータは上記の通り「不要なデータ」という印がつけられるだけなのだが、その印がつけられた不要データをOSが能動的にバックグラウンドで消去していく機能である。これによって新たに書き込む際の処理が軽減され、またSec ure Eraseコマンドなどを使用せずとも物理ブロックが解放される。

上記「デメリット」の項で触れたように、WindowsではWindows 7から、MacintoshではOS X v10.7 LionからTrim コマンドを正式サポート（MacintoshはMAC OS X v10.6.7から、一部機種では対応していたらしい）しており、これ以後SSDの機能低下は大きく軽減された。

ただし幾つか注意点もある。まずOSとSSDの双方が対応している必要があるので、SSD製品自体が古すぎる場合はOSが対応していても意味がない。

また、Macintoshでの注意点としては、2014年現在、OS XはApple純正SSD以外のSSDではTrim コマンドをサポートしてくれない。換装した社外品SSDでTrim コマンドを有効化したい場合、Trim Enablerというサードパーティ製ソフトウェアを使用する必要がある。

主な接続規格

SATA3

HDDの接続規格と同じ物である。2.5インチサイズのSSDを電源ケーブルとSATA ケーブルで繋ぐ。シーケンシャル速度は規格上600MB/s出るが大体550MB/sの物が多い。

後述するM.2と比べて価格は安めだが、速度はM.2ほど速くない。

古いPCのSSD換装や大容量のSSD向けといった感じ（最大で8TBの製品もある）。

ものすごく古いSSD（2000年代後半あたり）ではSATA2のもあるが中古でも殆ど入手できないので省略。

M.2

実質SSD専用の接続端子規格。細長い板ガム位の小ささのSSDをケーブルレスで接続でき、最近ではノートPCやPS5でも採用されている

その小ささの割に2023年現在4TBまでの容量の製品が発売されている。

SATA接続の物とPCIe接続がある（ノートPCやPS5はPCIe接続）。

SATA（M.2）

こちらのインターフェース規格の物は先述の2.5インチSATAと同じ600MB/sくらいが上限

こちらは黎明期の古い規格なので全体的に割高これを選ぶくらいなら2.5インチのを選んだほうがマシ

PCIe(M.2)

2012年辺りから出てきたインターフェース規格。

Gen3.0の物でシーケンシャル 3200MB/s出る。SATA Ⅲ接続の物の6倍の速度である。

Gen4.0だとX570マザーボード環境でシーケンシャル6400MB/s~6500 MB/sの速度が出る。（SATA Ⅲ接続の物の10倍以上の速度である。）

Gen5だとシーケンシャル 10000 MB/sを超えるそうな（爆熱すぎてファンが必須で轟音らしい）。

発熱については昔は爆熱製品が多く気を使ったがGen3.0は最近の製品は控えめでノーヒートシンクで運用できるようになった。

Gen4.0については3500MB/sくらいの製品もGen3.0と似たりよったり。6400MB/s~6500 MB/sの速度が出るやつはヒートシンクが必要かも・・・。Gen5.0は言わずもがな。

なおOSのレスポンスはランダム速度で決まるので製品を選ぶ時はそちらで決めよう。

なおPS5はPCと違い下位互換が無いのでGen3.0のSSDは認識しないのでGen4.0の物を用意しよう（速度がほぼGen3.0に毛が生えた程度なのにGen4.0対応のSSDがあるのもこの為）。

PCIe接続なのでスロットが無かったり足りなくなったらPCIeスロットに変換ボードを差して接続しよう。

この他IDE接続やPCIeスロット、U.2接続の物もあるが一般的な物ではないので省略。

脚注

*Intel・SamsungなどのSSDがどれぐらいの寿命なのか長期間の耐久テストで判明 - GIGAZINE　2014年 6月のレポート。代表的な数社から販売されている人気SSD製品の耐久テストの結果、最も寿命が短かった製品でも700TBまで耐えた。これは毎日10GBの書き換えを行っても約190年持つ計算。「寿命が特に短い」とされるTLC タイプの製品では100 TBくらいから少しずつ不良セクタが多くなりはじめるが最終的には900TBまで使用できている。