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SSD vs. HDD
最近はやりの SSD (=Solid State Drive) がどの程度 HDD の代用として使えるかテストしてみました。
SDカード単体では読出および書込速度は遅かったのですが、SDHCカードになりやや高速になり、また Compact Flash カードも350倍速の高速の物まで販売されるようになってきました。
また、各社からSSD搭載パソコンも既に発売されているが、メーカー製のSSD搭載パソコンの実勢販売価格は25万〜42万円(2008年11月30日時点)と未だ高価である。2.5インチHDDと同じ大きさのSSDも発売されているが、これも2008年前半までは数万円から20万円以上もして高価であったが、2008年11月にはOCZで30GBで9,495円とか Silicon Power で32GBで8,400円のものが発売されていて価格低下が進んできている。
(SSDに高速サクサク感を求めてこちらにたどり着いた方はMtronとOCZのRAID 0のベンチマークテスト結果を別のページにまとめましたので、リンクをクリックしてそちらをご覧下さい。さらに高速性を求める方はこちらのSSDのRAID実験やANS-9010のRAID実験のページをどうぞ。)
一方、PhotoFast社の「CR-9000」はSDHCカード6枚を用いて、「高速ストライピング機能(RAID 0)に対応」とあり、これなら実用レベルの速度が出るかなと思って購入してみました。PC Watchにも興味深いレビューがあり、2008年8月の時点で価格も1万円以下だったので当時私でも買うことができました。
比較のために、従来の IDE 接続の HDD についても読出および書込速度測定してみました。
また、i-RAM も SSD なので、RAID を組まない i-RAM 単体でのベンチマークテスト結果も入れてあります。
SSDの利用方法として、結論的にはASUSのEeePCが実用的に有用だと思ったので、そのテスト結果を入れました。
最初に使用したパソコンのスペックは次の通りです。
CPU: Pentium4 3.2GHz, 800MHz FSB, 2MB L2 cash
Memory: DDR PC3200 1GB × 2枚
Chipset: intel 865/ICH5 (BioStar IDEQ ベアボーン付属マザーボード)
OS: WinXP
@まず、UltraATA100(100MB/sec)接続で取付けてある私のハードディスクの性能を調べてみました。
Maxtor 4R120LO (120GB 5400rpm) です。
1世代前のパソコンでハードディスクも5400rpmなので、読み書き共に40MB/secでした。HDDは回転するディスクにデータを書込む特性上、結果は不安定な部分がまじります。
A次に、SSD の 「CR-9000」 内に PhotoFast社純正の16MBのSDHCカード(「Dual Channel 高速処理」と銘打ってある。)を6枚差し(CR-9000内部でRAID構成)にしてテストみました。「CR-9000」の接続方法はSATAT1.5Gbps(150MB/sec)です。
読出速度は常用のHDDに比べて2倍速くなりましたが、書込速度は1/4程度でした。テスト用のファイルサイズは一般のデジカメ写真程度のサイズとして4MBを選択しました。
B接続方法の違いで読み書き速度が変わるのか知りたかったので、今度はHigh Speed USB (USB2.0 480Mbps(60MB/sec))接続で、Aと同じPhotoFast社の16MBのSDHCカード6枚差し(CR-9000内部RAID)を用いて実験してみました。
PhotoFast社の16MBのSDHCカード6枚差し(CR-9000内部RAID)で、「CR-9000」の接続方法をSATAからUSB2.0にした場合、読出速度のみが1/4程度に低下しました。読出速度についてはSATAT1.5Gbps(150MB/sec)の転送速度がUSB2.0 480Mbps(60MB/sec)の転送速度より速いことから、USB接続にすることによって読出速度が落ちるのは理解できますが、書込速度が同じという点は興味深く感じられました。
CSDHCカードの寿命が来ても最も安価に交換できるようにと考えて、ADATA4GBの6枚差し(CR-9000内部でRAID構成)で「CR-9000」をSATA接続してテストしてみました。
SATA接続時のPhotoFast社純正16GBSDHCカード6枚使用時と同じ結果が出ました。「Dual Channel 高速処理」のメリットをこのファイルサイズでのテストでは享受できないと思いました。
DPC Watch のレビューで使われたTranscendのSDHCカード6枚差し(CR-9000内部RAID)で「CR-9000」をUSB2.0接続でテストしてみました。
この接続で書込速度が最速でした。SSDは接続方法や接続機種と相性があるらしい。このため、あとで別のスペックのパソコンでテストする必要性もあると感じました。
ESSDとして Compact Flash カードも350倍速まで出れば、システムドライブに使えるかなと思い、ADATAの16GB350倍速のCFカードとHagiwaraの1GB300倍速CFカードをUSB接続でテストしてみましたが、私の測定環境ではどちらもあまり高速ではなく、他にテストしてみたCFカードで最も速かったのはTranscendの32GB133倍速でした。価格的にも最善のコストパーフォーマンスでした。Compact Flash カード1枚のみでUSB2.0接続した場合のテスト結果です。
最高速と言っても、PhotoFast「CR-9000」では内部で6枚のSDHCカードが「RAID 0」になっていて理論的には6倍高速なので、1枚だけのCFカードでは PhotoFast「CR-9000」の6枚差し(CR-9000内部RAID)の読書速度には及びません。
F念のために私がシステムドライブとしてメール用に利用しているRAIDではない単体のi-RAM4GB(メモリーは1GBを4枚でNon-RAID構成で設置)の速度を測ってみました。
やはりGIGABYTEの i-RAM は別格の性能です。
4GBのi-RAMをシステムディスクに1個単体で使用したときのOS起動時間の flash video をご覧下さい。
WindowsXPのOS部分の起動時間に関しては flash video で比較する限り、SanMax製高級RAIDカードで RAID 0 を構築した超最新のANS-9010でのOS立ち上がりに比べても、i-RAM単体でのOSの起動時間はほとんど遜色がありません。
話は元に戻って、NAND型のフラッシュメモリーがシステムドライブとして実用的かどうか、ベンチマークテストを終えて実践テストを行いました。私が所有しているSATAのノートパソコンは DELL Vostro 1400 のみです。PhotoFast, Transcend, ADATA のSDHCカードを利用してテストしてみましたが、AcronisでバックアップファイルをコピーしてOSが立ち上がったのは、4種類のSDHCカードのうちADATAの4GB6枚差しのみで、あとは立ち上がりませんでした。PhotoFast「CR-9000」にWinXPをインストールすると3〜4時間かかるらしいことは他のホームページに書いてあったので、元のDELLのハードディスクのバックアップデータをコピーしてOSを「CR-9000」にインストールしてみましたが、たったの2分30秒でコピーできたことは驚きでした。
立ち上がったものもインターネットの閲覧中に細かいキャッシュやログデータの書込処理に時間がかかってIEが接続を中止してしまいウェブ閲覧にも使用できないため、PhotoFast「CR-9000」を DELL Vostro 1400 のシステムドライブとして利用することはあきらめました。他社のノートパソコンで相性が良ければ実用的であることは十分予測できますが、高額でソフト満載のノートパソコンは所有していないので、実用実験はこれで中止しました。
SSDとパソコンもしくはOSとの相性不良問題としては旧式のパソコンでのトラブルや最新パソコンでのトラブルを記載しているサイトもありますが、メーカー製品の品質と信頼が必要な場合は、SONYの「HDDからSDDへの換装」サービスがあり、¥66,150から¥171,150で1〜3年間の保証サービスまであり便利だと思います。(ただしヨユーの人にとって)
何十万円もする高価なSSDではトンネル酸化膜に寿命が来て使えない部位ができると大金を失うか容量が小さくなったのち低速化する気がするので、PhotoFast「CR-9000」なら破損したSDHCカードだけを交換すればよく、システムドライブに用いても補修費用が安くついて PhotoFast「CR-9000」のアイデアはとてもすばらしいと思いましたが、実用テストでうまくいかなかったことはとても残念でした。80万円のRAIDカードと6千円のRAIDカードではコントローラーの性能と書込みのためのcashの量と速度に差があることを考えれば、1万円以下の「CR-9000」にあまり期待しすぎたのがよくなかったのかもしれない。しかし、安価なSDHCカードを用いるこの商品はコンセプトはとてもすばらしいので、書込速度の高速化という点を改善すれば売れると思います。ちょっとしたショックでヘッドがディスクに当たってしまって破損してしまうHDDに比べて、SSDは同じような損傷が起きないため、SSDは持ち運びに有用性が高いと考えて、今は大きなデータを持ち歩きたいときに PhotoFast「CR-9000」が使い道があるのかなと割り切って考えています。
それでも気になるはやりのSSD。店頭のデモ品ではASUSのEeePCは素早い立ち上がりとWeb閲覧が可能でした。一番安い物を購入して実験してみました。常用ソフトはすべてインストールできました。純粋なSSDの性能を測るためには、BIOS部分の時間を除いてOSの立ち上がり部分を測定することが性能の比較に重要と考えて、OSの立ち上がる様子の動画も作ってみました。
Gどんな速度のフラッシュメモリーが入っているのか興味津々!
テスト結果です。(ASUS EeePC 内の SSD)
読出速度はそれほどでもないのに、書込速度は普通のフラッシュメモリーの2倍ほどあるから実用的なのでしょうか?とっても気に入りました。これならHDDに比べてショックに強く、本体も小さいため持運びに便利かなと思いました。
i-RAMのような超高速というわけにはいきませんが、EeePCに常用ソフトをインストールしたあとのOS起動時間の flash video をご覧下さい。
NAND型フラッシュメモリーを用いたSSDには使用上の注意点があります。それは書き込み回数の制限です。NAND型フラッシュメモリーでは酸化絶縁膜(=トンネル酸化膜)を通して電子が出入りするので、酸化絶縁膜が劣化すると寿命ということになります。最上限は100万回と言われています。しかし、製品の安定性を考えると10万回や1万回となり、SLCで10万回・MLCで1万回と耐久性を評価しているサイトもあります。毎日NAND型フラッシュメモリー使用のSSDをシステムドライブに使うとどれほどの耐久性があるのか、はっきりしていないようであるが、実用的には、1年間毎日使っていてもまだ大丈夫だったというサイトもあったし、買って1ヶ月で壊れたと言っているサイトもある。
SSD全体としてみれば書込場所を分散してSSDを長寿命化すれば、不良セルや不良ブロックが増えてSSDの容量が減るのはしかたがないとしてもSSD自体の全体としての寿命は長くなることになり、実験的には、515万回の書き換えができて予想より多かったというサイトもあるし、MLCで10,000回の書き換えが期待されているのに7544回や3629回で壊れてしまって予想より短かったというサイトもある。しかもその時の壊れ方が突然で予兆が1度しかなかったというから1度ぐらいのエラーならよくある話なので、ウェアレベリング (wear levelling)機能と不良ブロックの消去により容量が減少しながらSSDは寿命が来ると想像されていても、案外、SSDの壊れるときの最後の姿はHDDと同じで突然死のようなこともあるかもしれない。SSD耐久テストをしている方は2008年12月8日に「快適な速さで壊れていく。」と書いています。どうしてもSSDを日常使いたいという方でパソコンをインターネット閲覧に使用したい方はせめてIEやFirefoxのキャッシュだけでも下記の RAM disk に移動させておいた方がSSDを長持ちさせることができるでしょう。理論的には寿命があるということで、現時点では常用以外のパソコンにSSDの使用用途ありと考えます。
SSDの今後の展望:
SSDの長所・短所はここによくまとめてあります。
また現時点での単体のSSDの実力を端的に示した動画もありました。i-RAMはPCIスロットの数に制限があり、ANS-9010は常時パソコンを起動させておくか別電源を確保する問題があり、ベンチマニアから見てもSSDなら簡単に RAID 0 で速度を上げられるので、1台のケースに収まったSSDパソコンでベンチの覇者になることも容易です。SSDに高速性能を期待する方にはSATA(300MB/s)より高速な PCIe接続の
500〜700MB/sの転送速度の ioDrive というSSDがFusion IOから発売予定である。 (さらに高速ベンチを手にしたい方は、ちょっとスレ違いになりますが、最新のマザーボードに8GBのメモリーを搭載しOSの管理外の部位に Gavotte Ramdisk で ramdisk drive を作れば爆速になります。PC起動時間短縮にこだわらなければ無料ソフトで最速のSSDを手にすることができ、他のSSDへの関心まで消えてしまうかもしれません。関心があればRamDiskのページをご覧下さい。)
また、SSDの耐衝撃性はすばらしく、YouTubeで3階から落下させてその直後にノートパソコンで起動させるCASIOのG-SHOCKのような実験の動画は多くのサイトで引用されているし、数値的には、OCZの"Shock Resistance"は「1500G, 0.5ms」と書かれているのに対し、HDDでは3.5inの物で「350G, 2ms」と17倍の差がある。ただし2.5inのHDDで優秀なものは「1000G, 1ms」と書いてあり3倍程度の耐衝撃性の差である。いずれにしても耐衝撃性が高いと言うことはモバイルパソコンにとって決定的に有利である。
昔2.2GBの「ORB」という当時としては劇的に高速な独自規格のストーリッジ・ディバイスがあったし、また、CompactFlash と同じサイズの CF+TypeU スロットに適合した マイクロドライブ (Microdrive) という製品があって大容量に驚いたが、今ではどちらもゼロスピンドルのフラッシュメモリーに取って代わられている。この経緯を考えると Seagate にとってはおもしろくない話かもしれないけれど、HDDがSSDに一部移行するのは今後の流れであると思う。現時点ではSSDを実用的なレベルにまで高速化するには書込みのコントローラーにお金がかかるので、SSDはHDDにコストパーフォーマンスで太刀打ちできない。(ただし、SSDにパソコン本体以上の金額を投じてもよければ、高速なSSDノートパソコンも現存する。 Mtron Samsung )
Googleなどの優良大企業ではサーバーをSSDに置き換え始めている。サーチエンジンは書換えよりも読出しが多く、しかも読出しが高速なのでSSDにとって打ってつけの利用方法で頭のいい利用方法だと思う。また、若い世代の携帯電話マニアが携帯電話を2〜3年使い続けてフラッシュメモリーが壊れたと言う話も、あまり飲食店では聞かない。(飲み過ぎて忘れただけかもしれないけど。)
実際に書込回数を測定実験して515万回の書き換えができたとか、200年・864年持つという極端な楽観論もあります。
小サイズデータの random write が遅いと Windows が俊敏に反応できないのは、私たちがエクスプローラーで見れないところに詳細なログを細かく記録していることが原因だと思う。もしこれがなければ、携帯電話のように非力なCPUと単純なフラッシュメモリーでも、パソコンサイトのブラウジングができる。Linuxではログを書込まないように設定ファイルを書き直すこともできるし、その機能もGUIレベルで操作できるようになっているので、SSDを実用的にするためにはOSレベルでの対応も有効な要素の1つであると思う。
オリジナル設定のままの Windows Vista はマルチプルコアCPUを前提として開発されユーザーの知らない間のバックグラウンドでの作業が多くSSDととても相性が悪いが、Windows 7 ではとても仲良しになりそうな期待がもてます。(しかし、FAT32では行っていなくてNTFSでは「信頼性向上」のためにファイル1つ1つの書込みまでジャーナリングファイルシステムでトランザクションログ に記録しているが、Windows 7 ではどうなるのでしょう。SSDではWindows上で読み書きが交錯すると私の実験ではこんなに遅くなります。DelayRatio=3.69)
いわゆるプチフリ(=プチフリーズ:ファイルコピー、圧縮解凍、YouTube視聴などでの数秒〜数十秒のHDD用アクセスダイオードが点灯したままのフリーズ。 最新PCでも起こる具体例 )は、私のMtronやOCZの WinXPベンチマーク実験システムでは、OSが勝手にバックグラウンドで書込作業を行う機能の設定を可能な限りオフにし RAID 0 にし、実験段階では新品であったためか発生しなかったが、OCZなどでは使い込んだり設定が悪かったりすると頻発すると考えられるので、Vistaでの対処方法やXPでの対処方法が参考になるでしょう。ただし、種々の対策を行っても無効でSSDの使用をあきらめてHDDに戻したという方もいらっしゃいます。
プチフリの原因としては、JMicronのJMF602コントローラ(+Samsungの MLCチップ)搭載SSD(OCZ, Super Talent, Buffalo, Transcend, Silicon Power, CFD, etc)で読出しと書込みが同時に起こると発生しやすいとされ、書込遅延を実際に計測しているサイトもある。JMicronも今後の新製品では Intel のSSDのようにDRAMキャッシュを積むなどしてコントローラを改良予定である。
(JMF602非搭載でプチフリしないという例。) 新型コントローラの搭載を待たなくてもRAIDで改善させたり、実際にWindows上で読書交錯遅延がどの程度起こっているか実験してみたので、関心のある方はSSDのRAID実験のページの実用テストの所をご覧下さい。
プチフリーズは発生メカニズムにもよるが、JMF602特有の問題ではなく長期間使ったSSDでは今後すべてのSSDで発生することもありうると予想される。不良セル(8KB)が発生するとそれを含む不良ブロック全体のデータをECC機能のバックアップデータからリカバリーして以前のエリアから新しいエリアに移動しその不良ブロック(一般に512KB単位)を無効なブロックとしてアクセス不能にする約200msの作業を挟む必要があるからだ。SSDが新品のうちは頻度が少ないが、終末期にそれが集中発生したときにコントローラーがさばききれるのか確たる保証はない。初期の場合はたぶんデフラグで一旦しばらくは解決できるかもしれない。EeePCを長期間使ってプチフリ状態になった方がデフラグで一時解決したという意見が多い。
Intelの高額SLCのSSDなら大丈夫なのかもしれないが、現在MLCで起こっている問題は10倍の寿命のSLCの将来をタイムマシンで見ているような気もする。今後 SunDisk の開発した「ExtremeFFS」が実用化されれば、このタイプのプチフリ問題も解決方向に向くことも考えられる。
(2009年1月24日に見つけましたが、Intel X25-M で2〜3日に一度プチフリがあるため、Mtronに変えて消失したという人もいました。2009年1月3日のjlingoという人の書き込みです。ただし、Mtronで何度もすぐに壊れたという人もいます。)
PhotoFast CR-9000 で DELL Vostro 1400 のノートパソコンのシステムドライブとして使用することは、相性問題で不可能でした。PhotoFast社の「CR-9000」のベンチマークテスト結果一覧はリンクをクリックしてください。PhotoFast CR-9000 で DELL Vostro 1400 の HDD を換装できなかったので、他に価格の下がってきた、Mtron・OCZ・Silicon Power の SSD でも実験してみました。その結果はそれぞれのリンクをクリックしてください。SSDはNTFSでフォーマットした方がいいのかFAT32でフォーマットした方がいいのかの実験結果も別のサイトにまとめておきました。
将来のSSDパソコンはこんな姿かな?すでにドスパラで発売中です。
(2008年12月3日時点で価格は949,800円。買えない私は当分2万円台で買ったEeePCが唯一のSSD実働マシンのようです。)
SSDの話はここまでです。
(別のページに最新のSATAU3Gbps接続7200rpmのHDD2台とSATAT1.5Gbps接続i-RAM2台を用いた「RAID 0」構成での比較ベンチマークテスト結果を載せます。)