CPU・GPUの次に知るべき、ノートPCの使い勝手を左右する最新インターフェイス

CPU・GPUの次に知るべき、ノートPCの使い勝手を左右する最新インターフェイス

ノートPCの性能はCPUやiGPU・dGPUが大きく左右するものの、操作性や使い勝手まで含めるとストレージとインターフェイスの影響も見逃せない。本稿は、最新GPUとCPUを活かす要素として、ストレージとインターフェイスについて取り上げる。

SSDを知るポイントは、ストレージ接続インターフェイスにある

まず、ノートPCのストレージは、ほぼ完全にHDDからSSDへ移行しているといえる状況だ。ただし、ストレージ接続インターフェイスによってアクセス速度の上限が異なっている点は、しっかりと押さえておきたいところだ。

現在、主なストレージ接続インターフェイスとしては、HDDと同じく転送速度6Gbps(実速度550MB/sec程度)の「SATA3(SATA 6Gb/s)」、また「PCI Express」(PCIe)がある。PCIeは、SSDに最適化された「NVMe」規格を通信プロコトルとして採用し、1000MB/secを超える読み書き性能を発揮するもので、2020年8月現在最も採用されている。

PCIe接続インターフェイスは、PCIeの世代やモードなどの仕様により定められた帯域幅によって転送速度が変わり、2020年8月現在、デスクトップ向けAMDプラットフォームで利用可能な「PCIe Gen4.0×4」の64Gbps(16Gbps×4)が最速となっている。PCIe Gen4.0×4は、対応SSDと組み合わせることで5000MB/sec前後のピーク性能を発揮する。

そしてノートPCを含め、PCIe接続インターフェイスの中でも主流の位置を占めるのが「PCIe Gen3.0×4」だ。これは、帯域幅32Gbps(8Gbps×4)で、ピーク性能は3000MB/secとなる。

このほか、転送速度16GbpsのPCIe Gen3.0×2も存在している。

M.2 NVMe SSDの「M.2」とは、何を指している?

ノートPC搭載SSDの性能にもよるため一概に言えないものの、ストレージ(SSD)のスペック欄に「PCIe」または「NVMe」といった記載がある場合は、1000MB/secを超える高速ストレージを搭載している可能性が大きくなる。

またストレージデバイスの形状としては、主にHDDで採用されている3.5インチ、モバイル向けHDD/SSD採用の2.5インチ、昨今主流になっているM.2形状の3種類がある。

SSDの主要メーカーのひとつ、SAMSUNGのNVMe SSD。ノートPC向けに開発されたM.2規格を採用している

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M.2は、正確には端子形状の規格にあたり、接続インターフェイスとしてはSATA3(SATA 6Gb/s)またはAHCIと、NVMe(PCIeおよびNVMe)に対応している。ノートPCのスペック表などを見ると、「M.2 NVMe SSD」といった記載を見かけるはずだが、これは「M.2端子を採用した、(PCIe接続の)NVMe SSD」を意味している。

接続インターフェイスがSATA3なのか、あるいはNVMeなのかといった点は影響が大きく、ひと口にSSDといってもこの両者の性能は段違いだ。SATA3採用のM.2 SSDの場合、読み書き性能が550MB/sec程度になる点は注意しておこう。HDDより高速に読み書きできるものの、今後最新ノートPCを購入するのなら、何らかの意図がない限りSATA3採用SSDを積極的に選ぶ理由はないだろう。

PCIe Gen3.0×4、NVMe SSDのパフォーマンス例。外付けストレージを含め、SSDを一度体感するとHDDには戻れなくなる

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Intelの次世代ストレージ技術「Optane Memory」

ノートPCの中には、ストレージに「Optane」と記載のあるモデルもある。これは、Intelの次世代ストレージ技術「Optane Memory」のことで、SSDに使われているNANDメモリーよりも高速・低遅延な「3D XPoint」メモリーをキャッシュとして活用している。

最新ノートPCでの採用例としては、低コストで大容量化しやすい3D QLC NANDメモリー採用SSDとOptane Memoryをひとつの基板に実装した、ハイブリッドSSD「Optane Memory H10」となっていることが多い。

Optane Memory H10のパフォーマンスは容量で異なり、1TBモデル(型番:HBRPEKNX0203A01)の公称ピーク値はリード2400MB/sec、ライト1800MB/secになる。

Intelの次世代ストレージ技術Optane Memoryを使ったOptane Memory H10

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周辺機器の接続に利用するUSBも高速化

ストレージなど周辺機器を手軽に拡張できるインターフェイス「USB」も、ノートPCにおいて使い勝手に影響する要素のひとつだ。

USB規格はUSB4まで策定されており、最大転送速度が10GbpsのUSB 3.1 Gen2(USB 3.2 Gen2×1。2013年発表)の採用が広がりつつある。USB 3.×では規格名称が複数回変更となり、USB 3.0(転送速度5Gbps)→USB 3.1 Gen1→USB 3.2 Gen2となった。混乱しやすいが、覚えるしかないだろう。

また、年内にはモバイル向け第11世代Core i5/i7搭載ノートが登場予定で、これら製品のいくつかがUSB4を採用するとみられる。

USB規格

IntelとAppleが規格化したデータ転送速度40GbpsのThunderbolt 3も普及が進み、標準でサポートするモバイル向け第10世代Coreプロセッサ搭載ノートPCでは多くが搭載している。さらにAMDプラットフォームにも、Intel公式認証のThunderbolt 3コントローラーが提供されており、Ryzen Mobile 4000シリーズ採用の最新モデルの多くがThunderbolt 3を搭載している。

USB 3.2/3.1とThunderbolt 3ともに言えることだが、USB Type-C=USB 3.2/3.1とThunderbolt 3ではなく、USB Type-Cはあくまでコネクター形状の名称にあたる。規格だけでなく、映像出力を可能にする「Alternate Mode(Alt Mode)」や、最大100Wまでの出力に対応する「USB PD(USB Power Delivery)」規格といった機能も、それぞれ対応している必要がある。

ケーブル不要で高速ネットワークを実現できるWi-Fi6

最後のキーワードが、Wi-Fi6ことIEEE 802.11axだ。規格上の最大値は9.6Gbpsで、実機ベースではPCにおいて2402Mbps、スマートフォンなどでも1201Mbpsという高速な通信速度を実現している。

Wi-Fi6対応ルーターを導入することで、有線LANの1000BASE-T(1Gbps)を超える2.4Gbpsでリンクされる

Wi-Fi6対応ルーターを導入することで、有線LANの1000BASE-T(1Gbps)を超える2.4Gbpsでリンクされる

USB同様、最新ノートPCの多くはWi-Fi6を標準搭載しており、この高速通信を体感するには、Wi-Fi6対応の無線LANルーターが必須になる。追加投資は必要だが、2402Mbpsでリンクした際の実際のパフォーマンスは、1000Mbpsの有線LANと並ぶほどと、投資する価値は十分あるといえるだろう。

ネットワーク環境にもよるが、実際に有線LANを超える1.7Gbpsの実速度での通信を実現

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環境で異なるが、ネットワークを経由したファイルコピーも、200MB/sec近い転送速度を発揮する

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AWSの仮想マシンサービスEC2にローカルなNVMeストレージが付随するインスタンスが登場

AWSの仮想サーバーEC2は、そのオプションが日に日に増えている。今日(米国時間5/18)加わった新しい仮想マシンは、ローカルなNVMeストレージによって、標準的なSSDよりも相当速いスループットを提供する。

このC5dと呼ばれる新しいインスタンスは、このサービスがすでに提供している、コンピュート(処理能力)優先で最適化されているC5インスタンス群の仲間に加わる。AWSはC5について、ハイパフォーマンスコンピューティングのワークロードやリアルタイムのアナリティクス、マルチプレーヤーゲーム、ビデオエンコーディングなどのユースケースに適する、としているが、今回高速ストレージのオプションが加わったことによって、さらなるパフォーマンスの向上が望めるだろう。

そのローカルストレージは仮想マシンに付随するので、インスタンスが停止したらそれも終了する。だから長期的なストレージではなくて、一時的なファイルの保存に向いている。

C5とC5dのインスタンスは共に、同じプラットホーム、3.0GHz Intel Xeon Platinum 8000プロセッサーを共有する。

この新しいインスタンスは今、アメリカとカナダのリージョンで利用できる。料金は通常のC5インスタンスよりやや高くて、オレゴン州のリージョンではもっともベーシックなRAM 4GBのマシンで1時間$0.096からだ。通常のC5マシンは、1時間$0.085からだ。

なお、FPGAを使用できるF1インスタンスも、NVMeストレージを提供している。それらは非常に高度な専用マシンで、C5のような一般的なデベロッパー向けではない。

AWSは今日のNVMeインスタンスの発表と並行してEC2のベアメタルインスタンスの一般公開についても言及した。これらの仮想マシンはその下の物理マシンへのダイレクトアクセスを提供し、仮想マシンだけでは要求を満たせないアプリケーションに理想的な運用環境を提供する〔関連記事〕。またコンテナのクラスターの安全な稼働にも適している。これらベアメタルインスタンスも、NVMeストレージをサポートしている。

[原文へ]
(翻訳:iwatani(a.k.a. hiwa