今さら聞けないSSD・HDDの違い | SSDの短寿命・容量不足は解消し低価格化

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PCやハードディスクのストレージに、HDDでなくSSDを採用するものが多くなった。SSDはHDDより振動に強く、データ転送速度が速い。かつ消費電力が少ないというメリットがある一方で、短寿命・高価格・容量不足がネックだった。このデメリットは解消されつつあり、2021年までにSSDの単価はHDDと同水準に迫るとの予測もある。改めてHDDとSSDの仕組みの違いと長所・短所をまとめた。
今さら聞けないSSD・HDDの違い | SSDの短寿命・容量不足は解消し低価格化

PC購入時に重視するスペックの1つとして、ストレージ容量がある。ウェブ閲覧や動画視聴のような受け身の使い方なら小さくて構わないし、ワープロ文書の作成程度に使う仕事用PCでも数百GB(ギガバイト)もあれば不足することはまずない。高解像の写真や動画を溜め込んだり、膨大なビッグデータを解析したりするPCだと、10TB(テラバイト)クラスのHDD(ハードディスク)が何台も必要になる。

いずれにしろ、少し前までPC用のストレージといえばHDD一辺倒で、それ以外の選択肢は事実上なかった。ところが最近は、SSDというタイプのストレージデバイスをよく目にする。外付けストレージのみならず、内蔵ストレージにSSDを採用しているPCも当たり前になった。

PCを購入する際、HDDとSSDのどちらを選べばよいのだろう。SSDはHDDと何が違うのか、HDDと比べてSSDにはどんな長所と短所があるかなどを理解すれば、目的に合わせてより適切な選択ができる。

HDD(Hard Disc Drive)とは

HDDは「アナログレコード」

HDDの内部では、磁性体の塗られたプラッターと呼ばれる円盤が高速回転している。そして、磁気ヘッドがその磁性体を磁化させたり、記録された磁気情報を読んだりして、データを読み書きする仕組みだ。動くようすは回転するアナログレコードと針の関係に似ていて、データの読み書き原理はカセットテープに似ている。

アナログレコードに似た構造のHDD

プラッターの素材は、かつてアルミニウム、現在ガラスが主流だ。いずれも硬い円盤であることから、ハード・ディスク・ドライブ(Hard Disc Drive)と名付けられた。

振動に弱く、データ転送が遅い

HDDの動作原理はシンプルだが、高度な微細化技術のおかげで記録密度は高く、消費者向けでも容量10TB超の製品がある。どの程度の微細化が施されているかというと、動作中のプラッターとヘッドの間隔は約10nm(ナノメートル)しかなく、そのあいだには髪の毛どころかタバコの煙の粒子すら挟めないほどだ。

大容量化を実現させたこの微細化は、振動に弱いという短所の要因となる。PCが揺らされるなどして大きな振動がHDDに伝わると、プラッターとヘッドが接触してしまうのだ。その結果、データ読み書きに失敗する。最悪の場合、HDDが故障することすらある。最近のHDDにはさまざまな対策が講じられていて、多少の振動であれば問題はまず起きない。とはいえ、動作中のノートPCを何かにぶつけるなどすると、肝を冷やす。

データの読み書きに時間がかかる点もHDDの短所だ。プラッターとヘッドの動きは高速であるものの、プラッターの目標地点と同じ円周上までヘッドを移動させる「シーク」と、ヘッドの位置まで目標地点が回ってくるのを待つ「回転待ち」という動作が必要で、どうしてもミリ秒単位の時間がかかってしまう。その影響で、HDDのデータ転送速度は、プロセッサやGPU、RAMなどの半導体デバイスに比べるとけた違いに遅くなる。

エベレストの頂上では使えない

プラッターとヘッドのすき間は、高速回転するプラッターの作る空気の流れを利用し、ヘッドを気流でプラッターから浮かせて作っている。したがって使用中のHDDは、データを読み書きしていない状態でも常にモーターでプラッターを回転させ続けなければならない。もちろん、データ読み書き時にはヘッドをモーターで動かす。そのため、消費電力が多く、発熱もしやすい。

ヘッドを気流で浮かせていることから、空気の薄い場所だとヘッドが浮上せず、HDDは使えい。一般的な環境ではないが、たとえばエベレストの頂上だとHDD搭載PCの動作は不安定になる。

SSD(Solid State Drive)とは

SSDは「SDカード」

SSDはSolid State Driveの略で、半導体ストレージなどとも呼ばれる。HDDと違って動く部品は使われていないが、HDDからの連想でDriveという単語が使われたのだろう。

動作原理としては、SDカードと同じく、フラッシュメモリーというタイプの半導体メモリーにデータを記録する。SDカード同様、電源を切っても記録したデータが消えない不揮発性を備える点は、HDDと変わらない。

「可動部ゼロ」がもたらすメリット

SSD最大の特徴は、可動部がゼロなことだ。そして、この相違がSSDにさまざまな長所をもたらした。

振動に影響されないので、動作中でも安心して動かせる。PC本体が壊れるような強い衝撃でも受けない限り、故障するどころかデータ読み書きの失敗も起きない。プラッターとヘッドが所定の位置に来るのを待つHDDと違い、データ転送速度も速くなる。電源を入れてからデータアクセス可能になるまでの時間も短い。

動作時も無音だし、常時動かし続けるモーターがないので発熱と消費電力も少ない。機械的にも構造が単純で、小さく軽く作れる。

当然、空気の薄い環境でも正常に作動する。

“寿命がネック”は過去のもの?

良いことずくめのSSDだが、かつてはフラッシュメモリーの寿命が大きな弱点だった。メモリー内でデータを保持する「セル」と呼ばれる部分には寿命があり、書き込みと消去を繰り返すと劣化していき、最終的に壊れて使えなくなるのだ。

セルの書き換え可能な回数は1,000回から1万回といわれており、ソフトウェアで単純に書き換えを繰り返すとあっという間に壊れてしまう。市場に登場した当初のSSDは、対策が施されていたにもかかわらず、HDDに比べると信頼性は低く製品寿命が短かった。

ただし、SSDは改善されてきた。特定のセルばかり使うのではなく、すべてのセルをできるだけ同じ頻度で書き換えるよう制御する「ウェアレベリング」処理が実行されている。こうして、セルの書き換え回数が平均化され、全体の寿命が延びる。

ウェアレベリングは、SSDが自動的に行う。つまり、SSD内部のコントローラが処理してくれるので、SSD外部で特定セルへの書き込みやウェアレベリングといったことは意識しないで済む。

セルやSSD全体として書き換え寿命の問題が解消するわけではないが、可動部の多いHDDが機械的に故障しやすい可能性を考えると、どちらかが一方的に有利、という状況ではない。

SSDの容量不足・高価格は解消へ

これほど優れたSSDが存在する今でも、HDDを選ぶ理由は残っている。大容量ストレージ製品はHDDの方が安く、SSDで揃えることが不利なのだ。

とはいえ、フラッシュメモリーの技術開発は続いており、1つのセルに1ビットしか情報を書き込めなかったSLC(Single Level Cell)タイプから、複数ビット書き込めるMLC(Multiple Level Cell)、TLC(Triple Level Cell)、QLC(Quad Level Cell)へと発展してきた。これにより、記録密度が高まり低価格かつ大容量へ進んでいる。

SSDは未だHDDに比べると高価だが、ノートPC内蔵用で容量4TBのSSDなどもあり、容量面で不満はないだろう。価格面でも、IDCの予測によるとSSDの価格は低下傾向にあり、「2021年までにSSDがHDDの単価に迫る」という。

出典:IDC / HDDとSSDの平均ユニット単価の実績と予測

ただ、1セルに複数ビット書き込むタイプのフラッシュメモリーはセルの寿命が短く、信頼性がやや劣る。そこで、メインストレージには必要な容量および信頼性、予算との兼ね合いでSSDを選び、バックアップ用に別タイプのSSDやHDD、クラウドストレージを利用する、という構成のシステムを組めば、快適かつ安全なPC環境を構築できるだろう。