SSDを安価にする技術、ホストメモリバッファについて

ホストメモリバッファ（HMB）の概念は非常にシンプルです。コンピューター（またはゲームコンソールなどのデバイス）に既にインストールされているDRAMメモリをデータ書き込み時のキャッシュとして使用することで、SSDにDRAMキャッシュを追加するコストを削減します。DRAMはDRAMです。DRAMがトレースや配線のどの端にあっても、データはキャッシュされ、ドライブに書き込み可能な状態になります。

物事はそれほど単純ではありませんが、HMBの導入によりSSDの価格はすでに低下しており、最新のHMB SSDは日常的なワークロードに十分なパフォーマンスを発揮します。それでは詳しく見ていきましょう。

HMB SSDの仕組み

HMB（NVMe仕様バージョン1.2で実装）は素晴らしいように聞こえますが、実際には期待に完全に応えられるようになったのはつい最近のことです。Samsungの980（非常に高速な980 Proとは別物です）とToshibaのRC100に搭載されたこの技術を初めて検証したところ、大規模なデータセットでのランダムアクセス性能が低速であるため、HMB実装は本格的な運用には到底対応していないことが判明しました。

サムスン

しかし最近では、WD の Black SN770、Adata の Atom 50、PNY CS2140 など、より大きなデータセットでも DRAM 設計に近いパフォーマンスを発揮するドライブがいくつか登場しています。

HMBはシステムメモリをあまり消費しないため、その点では負担にはなりません。ただし、SSDコントローラが直接アクセスするドライブ上のDRAMほど高速ではありません。また、PCIeエコシステム全体との連携や、バスを介したHMBフェッチのオーバーヘッドも影響します。

HMBは機能しますが、今日最も高速なNVMe SSDは常に専用のオンボードDRAMを搭載したものです。先ほども述べたように、DRAMはDRAMです。しかし、小売業と同様に、設置場所が重要です。

コンソールゲーマーへの注意点

残念ながら、すべてのコンピューターやNVMe実装がHMBをサポートしているわけではありません。特に注目すべきは、ソニーのPlayStation 5がHMBをサポートしていないことです。確かに、DRAMレスSSDはPS5でも問題なく動作するはずですが、ソニーは以下のような警告を出しています。

NVMe SSDは、プライマリキャッシュがなくても、短時間のバーストではそれほど応答性が高くないとしても、依然として高速です。TLC（トリプルレベルセル/3ビット）またはQLC（クアッドレベルセル/4ビット）NANDをSLCとして扱うことで、セカンダリキャッシュを構築します。

何だって？

SSD は、TLC や QLC で 1 ビット以上を表すために必要な複数のレベルの電圧ではなく、単純なオン/オフ (高/低電圧) SLC (シングルレベルセル/1 ビット) データとして書き込むために、一定量の NAND を確保します。

アデータアトム 50 — Adata Atom 50 は、優れた DRAM 設計ほど高速ではありませんが、非常に優れたパフォーマンスを提供する最新の HMB SSD の 1 つです。

アダタ

1ビット書き込みは、TLCでは8ビット、QLCでは16ビットの電圧レベルが適切に書き込まれているかどうかを確認するエラーチェックが不要なため、はるかに高速です。ドライブが時間を見つけてキャッシュを他のNANDに3/4ビット書き換えます。

基本的に、ソニーが述べているように、PS5でHMB SSDを使用することは可能ですが、最適なパフォーマンスが得られない可能性があります。違いに気付く場合もあれば、気付かない場合もあります。

コストパフォーマンスの向上

時は金なり、という諺があるように、HMB SSDは勤務時間中ずっとコンピューターを使う人には絶対におすすめしません。オペレーティングシステムが常に要求するようなランダムパフォーマンスは、DRAM設計では到底及ばないからです。

ただし、NVMe は HMB フレーバーでも非常に高速であるため、DRAM と DRAM なしの設計の違いは、合成ベンチマークまたは厳しいストレス、つまり非常に大量のデータが書き込まれる場合にのみ現れます。

2023年11月時点で、最速のPCIe 4.0、さらには5.0ドライブと同等の実用シーケンシャル転送性能を提供する複数のHMB設計をテストしました。ランダム転送性能は予想通り、依然として低速です。

つまり、平均的なユーザーはHMBを使うことで、NVMeの圧倒的なパフォーマンスをほぼそのままに、かなりのコストを節約できるということです。そのため、当社のベストSSDランキングでは、HMBドライブをいくつかご紹介しています。繰り返しになりますが、日常的に素晴らしいパフォーマンスを得るために、超高速SSDに大金を費やす必要はありません。