産業用SSDと通常のSSD

産業用SSDとコンシューマー向けSSDの違いは何でしょうか?理論上は明白です。産業用SSDは過酷な環境での使用を想定して設計されているため、より広い温度範囲と高い信頼性を備えています。しかし、これらの評価は実際にはどのように反映されるのでしょうか?そこで、異なる製品ラインの類似ドライブ2台を分解・テストすることで、その違いを検証することにしました。

最初のモデルはTranscend SSD452Kです。産業用システム向けに設計されているため、店頭では販売されていません。このドライブは、4台入りの専用ボックスで企業に出荷されます。このSSDは個別梱包ではありません。容量オプションは64GBから2TBまであります。レビュー用に入手したのは、最も人気の高い0.5TBモデルです。

Transcend 452K産業用SSDの登場

2つ目のモデルはTranscend SSD230Sです。このドライブは2017年に発売されましたが、それ以来レビューをしていないのは怠け者だけです。しかし、私たちが受け取ったユニットの製造日は「2019年9月」となっています。2年もあれば多くのことが変わっている可能性があるため、SSDを開けてベンチマークを実行する理由がさらに増えました。

Transcend 230S コンシューマー向け SSD

230Sの型番の「2」は、TLC 3D NANDメモリを使用していることを示しています。記載されている仕様から判断すると、452Kも同じタイプのメモリを使用しているため、比較が容易になります。

オープニング

見た目はどちらのドライブも、薄型デバイスに適した6.8mm厚のアルミケースに収められた標準的な2.5インチドライブで、SATA III(6Gbps)インターフェースを備えています。いつものように、細部にこそ魅力が潜んでいます。

452Kと230Sの比較

ここからは、比較しやすいように、すべての画像がペアで表示されます。左側が 452K (またはその結果)、右側が 230S です。

カバーを外すと、全体像は非常によく似ています。どちらのSSDも、電子部品が体積の3分の2を占め、基板は背面を向いており、メモリチップ(NANDとRAM)の実装位置が見えます。これは製造の標準化によるもので、Transcendは452Kシリーズと230Sシリーズの両シリーズで、容量の異なるモデルを同じ基板上に搭載しています。しかし、452Kと230Sの基板レイアウトは異なります。これは特に前面から見ると顕著です。

452Kと230Sの微妙な違い

230S および 452K は、容量に関係なく、コントローラと NAND フラッシュ アレイ間の 4 チャネル交換モードを使用します。

コントローラ

どちらのSSDも、NANDXtendエラー訂正テクノロジーとウェアレベリングアルゴリズムを備えたSilicon Motion SM2258シリーズコントローラを搭載しています。これらのコントローラは、ドライブの寿命を大幅に延ばすように設計されています。

コントローラーの刻印がわずかに異なっています。230Sは「G AB N2UX30.00」、452Kは「H AB N2TC56.00」です。最初は単にバッチ番号とファームウェア番号が違うだけだと思っていましたが、SM2258チップの寸法さえも異なることに気付きました。230Sは14×14 mm、452Kは12×12 mmです。つまり、2258Gと2258Hには大きな違いがあるということです。

私の問い合わせに対するトランセンドの担当者の回答によると、2258H の違いは機能的なものです。

SSD452Kのファームウェアは、お客様のご要望に合わせてカスタマイズ可能です。例えば、Intelligent Power Shieldの有効化、DevSleepとDIPMの有効化/無効化、さらにはAES暗号化の有効化/無効化も可能です。

もう少し詳しく説明しましょう。SM2258コントローラにはハードウェア乱数生成器(TRNG)が搭載されており、TCG Opalセキュリティプロトコルをサポートし、256ビットのキー長を持つAESアルゴリズムとSHA-256ハッシュ関数を用いたオンザフライ暗号化を提供します。

TCG Opalは日常生活では使われておらず、ユーザーはこの機能に気づいていません。鍵を制御できないため、暗号保護が機能していることに気づかないのです。

230Sはバックグラウンドでのみ暗号化を行うため、「Secure Erase」コマンドを実行すると、プリインストールされたキーが削除され、SSD上のすべてのデータが瞬時に消去され、回復不能になります。これは、ドライブのリサイクルや保証期間内の返品時に非常に便利です。

452Kはより高度な機能を提供します。メーカーとご相談の上、これらのドライブの一部はMicrosoft eDrive Bitlockerおよびエンタープライズクラスのソフトウェアで使用できるようにフラッシュすることができ、速度、信頼性、セキュリティの最適なバランスを実現します。

SM2258コントローラのブロック図

デフォルトでは、230Sと452Kは同じ速度最適化が施されています。どちらもSM2258への書き込み操作を高速化するために、SLC前キャッシュモードを使用しています。キャッシュが使い果たされると、メインフラッシュメモリアレイへの直接書き込み(Direct-to-TLC)が行われます。これはベンチマークで明確に示されています。

両方の SSD の記載されている速度特性はコントローラの仕様から取得されており、SATA III インターフェイスの実用的な上限に近いものです。

  • シーケンシャル読み取り: 560 MB/秒;
  • シーケンシャル書き込み: 520 MB/秒。

DRAMキャッシュ

SM2258は16ビットDRAMインターフェースを採用し、DDR3/Lメモリをサポートします。ネイティブ・コマンド・キューイング(NCQ)テクノロジーにより、最大32個の連続した読み取り/書き込み要求をキャッシュして順序付けすることで、フラッシュメモリセルのリソースを大幅に節約します。

Transcend SSD452Kと230Sは、K4B4G1646E-BYMAというラベルのSamsung SEC 928 DRAMキャッシュモジュールを搭載しています。これはDDR3L-1866チップで、容量は4GB(512MB)です。これは、0.5テラバイトのドライブが高速アドレス変換を行うために必要な容量です。

1TBモデルには、2つ目のSEC 928チップ(452Kは背面、230Sはメインチップの下)が搭載され、DRAMキャッシュが1GBに増加しました。SSD自体のRAMを使用することで、ランダムアドレスへの読み書き操作が高速化され、記載されているIOPSパフォーマンスは95,000に達します。さっそくテストしてみましょう。

HDTuneProベンチマーク

最大速度は両ドライブとも公表値に近く、85,000 IOPSを超えています。ピークパフォーマンスに関しては、230Sの方がわずかに高速です。しかし、452Kの方が明らかに安定しています。グラフを見ると、産業用SSDはほぼ直線的なのに対し、コンシューマー向けモデルは多くの低下が見られます。

NANDフラッシュ

受け取ったSSDのフラッシュメモリチップにはTranscendのロゴが付いています。私の知る限り、この会社はNANDフラッシュメモリを自社で製造しておらず、通常はMicron、Samsung、WDからメモリを調達しています。メモリモジュールの刻印は簡単に読み取れ、詳細な仕様も確認できますが、Transcendの内部刻印(例えば「41-4460-D02DT T1926 F21191 PI02153」)は判読できませんでした。同社の担当者によると、230Sには64層3D NAND TLCチップが搭載されているとのことですが、次回のロットでメーカーが変更される可能性があるため、今回の場合はメーカーを特定する意味がありません。

452Kは、より新しい96層3D TLC NAND(BiCS4世代)を採用しています。産業用SSDを製造するために、トランセンドはWD(東芝と共同でメモリ生産施設を設立)からフラッシュメモリウェハを購入し、チップを自社でパッケージングしています。

どちらのドライブも未フォーマットの容量が576GBあり、そのうち512GBはユーザーがアクセス可能で、64GBはサービス領域として予約されています。このサービス領域には2つの目的があります。1つ目は、摩耗したセルを置き換えるために新しいブロックを自動的に割り当てることです。2つ目は、特定のシナリオではSLCキャッ??シュとしても機能することです。

産業用452K SSDは、平均故障間隔(MTBF)が200万時間、メモリセルの定格寿命が3,000回の書き込み/消去サイクル(3K P/E)です。これは、保証書き込み容量が3,520TBに相当します。つまり、ドライブを7,000回以上完全に書き換えることができるということです。

産業用SLCドライブと比べると、これはそれほど大きな違いではありませんが、容量や価格帯は同等ではありません。最新のMLCベースのSSDは、製造プロセスの改良により、同等の書き込み耐久性を実現しています。ただし、価格が高く、消費電力も大きくなります。

典型的には1K P/E未満の寿命を持つ「使い捨て」QLCメモリが広く普及している時代において、452K TLC SSDに使用されている3D NANDは理想的な選択肢と言えるでしょう。ただし、高度なエラー訂正アルゴリズムを備えたコントローラと組み合わせた場合に限ります。産業用SSDモデルでは、これらのコントローラに加え、ファームウェアの微調整が行われます。

テスト

230Sの基本的なパフォーマンステストは、独自のSSD Scopeユーティリティで実行できますが、452Kの場合はSSD Scope Proが必要です。このバージョンはTranscendからのリクエストに応じて提供され、産業用ドライブをサポートしている点で標準のSSD Scopeとは異なります。

SSD Scope / Proでの速度テスト

SSD Scope (Pro) による 452K と 230S の速度テスト結果は、誤差範囲内で異なります。さらに、SSD Scope はオープンソースユーティリティのテスト手法を採用しているため、デフォルト設定では CrystalDiskMark のスコアと一致します。

最大読み取り/書き込み量(64 GB)を設定し、3回繰り返すことで、より視覚的な結果が得られます。

CrystalDiskMarkにおける452Kと230Sの比較

ご覧の通り、2つのSSDの結果は非常に近いです。産業用ドライブはシーケンシャルリード/ライト操作でわずかに高速で、コンシューマー用ドライブはランダムリード/ライト操作でわずかに高速です。しかし、その差は小さすぎて結論を導き出すことはできません。

SSDとして

AS SSDベンチマークユーティリティによると、452Kはマルチスレッドの4KBセクター読み取りにおいてより最適化されており、その結果、総合スコアは230Sよりもわずかに高くなっています。

実際の使用においては、SLCキャッ??シュ効果により、どのSSDでも高いピーク速度を体験できます。小さなファイルを扱う場合、最大速度と平均速度の差はわずかですが、キャッシュに収まらない大量のデータを書き込む場合は状況が一変します。

無料ユーティリティ「Victoria」は、フラッシュメモリアレイ自体の速度を評価するのに役立ちます。作者(Sergey Kazansky)は開発を再開し、SSDのサポートを追加しました。

ビクトリア州で230Sをテスト中 5.22

230Sのセクタ単位の書き込みパフォーマンスは、再びばらつきがありました。Direct-to-TLCモードでは、最大書き込み速度は345MB/秒、最小は157MB/秒、平均は251MB/秒でした。ドライブの再書き込み処理には43分52秒かかりました。

452Kの場合は状況が根本的に異なります。キャッシュ効果による短いピークの後、ほぼ横ばい状態になります。最大書き込み速度は463MB/秒、平均は347MB/秒、最小は231MB/秒に向上しました。その結果、同じボリューム(512GB)の書き換え時間は34分54秒となり、9分も短縮されました。

ビクトリア5.22のテスト452K

両方のSSDの最高温度記録は62℃で、どちらも同じでした。赤いCrystalDiskInfoウィンドウが表示されても心配しないでください。このユーティリティは、このような熱によって損傷を受ける可能性のあるHDDの状態を監視するために設計されています。また、コントローラの温度も測定します。メーカーはコントローラの温度について、商用モデルで75℃、産業用モデルで85℃という2つの閾値を指定しています。

トランセンドの担当者は、レビュー用に提供された452Kサンプルは、拡張温度範囲(-40℃~85℃)での動作が認定されていないと説明しました。ただし、お客様のご要望に応じて、高温や振動など特定の条件下で信頼性試験済みのSSD452Kを一括提供することも可能です。このプロセスの詳細については、こちらをご覧ください。

SSD ピーク温度

結論

一見すると、トランセンドの産業用SSDはコンシューマー向け製品と明らかな違いはありません。筐体は同一で、内部構造もほぼ同一です。この場合、SMI SM2258コントローラー、3D TLC NAND、そしてSamsung製の512MB DDR3-1866 DRAMキャッシュが搭載されています。

産業用ドライブには追加の物理的な保護がないため、その必要もありません。すべてはコントローラの仕様、コンポーネントの選択、製造基準によって決まります。

SSD452Kのユニークな機能は、細部に隠されています。最適化されたPCBレイアウト、新しいBiSC4メモリ、そしてわずかに異なるSM2258コントローラバージョン(GではなくH)を備えています。産業用SSDは異なるファームウェアと高度なエラー訂正機能を採用しています。さらに、メーカーはより厳格なテスト条件を適用することで、トラブルのない動作と一定の安全マージンを確保しています。

メーカーの資料によると、SSD 452Kは、あらゆる方向で最大1500Gの衝撃に0.5秒間耐えることができます。また、10~700Hzの周波数で最大2.17Gの振動にも耐性があります。

コンシューマー向けソリューションのパフォーマンスはロットごとに異なる場合がありますが、Trancendは産業用デバイス向けに拡張認証を提供しています。この認証は、お客様が注文時に指定した条件下でのSSDのパフォーマンスを保証します。

私の意見では、サーマルパッドを追加するだけで、両方のドライブのパフォーマンスをわずかに向上させることができると思います。サーマルパッドはコントローラーとケースの間の隙間を埋め、ケースをアルミ製のヒートシンクに変えます。この衝撃吸収インサートは衝撃も吸収し、2、3本のマイクロネジよりもしっかりとボードを固定します。このようなDIY改造を行うと保証が無効になるのは残念です。SSDの側面にはテープで封印された2本のネジがあります。テープを剥がせば、ケースはそのまま残ります。

この記事の作成にあたっては時間的な制約があり、入手したSSDの寿命をテストすることは技術的に不可能でした。しかしながら、SMI SM2258 + 3D NAND TLCをベースにしたプラットフォームを以前に使用した経験があり、非常に信頼性が高いことが実証されています。

欠陥が発生した場合(誰でも経験することでしょう)、産業用ドライブは保証期間内に交換するのが簡単です。動作条件に関する規定が少なく、唯一重要な基準はSMARTから読み取る摩耗インジケーターです。3年間で3.5ペタバイトも書き込む可能性は低いので、心配する必要はありません。