「NVMe-oF」と「SCM」が出会うとき、ストレージ業界に破壊的革新が起こる：熱気に包まれるストレージ業界

この5年間でNANDフラッシュメモリはストレージ分野に変革をもたらした。同じように、「NVMe over Fabrics」（NVMe-oF）と「ストレージクラスメモリ」（SCM）は、従来のストレージ分野を一変させる可能性がある。

より高速なストレージの実現へ

　フラッシュ技術は5年前、ストレージ市場に不可逆的な変革をもたらした。その結果、今日では「フラッシュファースト」タイプのストレージシステムが新たな標準となっている。NANDフラッシュ技術がこの数年間でもたらした変革と同じように、今後5年間で「NVMe over Fabrics」（NVMe-oF）と呼ばれる新しい共有ストレージプロトコルと、やがて登場する「ストレージクラスメモリ」（SCM）の組み合わせは、従来のストレージ分野において破壊的な技術となるのだろうか。

　NANDベースのSSDが初めて市場に登場した時点では、データへのアクセスにはSCSIなどの伝統的なブロックプロトコル（データをブロック単位で扱う）を使用し、SSDはSATAやSASなどのバス型アーキテクチャ（1対nの接続構成）を通じてストレージシステムのコントローラーとサーバに物理的に接続していた。また、主にストレージの高速化を目的としたサーバ側のキャッシュには、ローカルに接続するPCIベースのアドイン（追加）カードを使うのが一般的だった。

　NANDフラッシュの進化に伴い、SCSIプロトコル自体がフラッシュストレージのパフォーマンスに対する制約要因になり始めた。このため、業界は「Non-Volatile Memory Express」（NVMe）という新しいブロックプロトコルを開発した。これは、HDDで想定していたよりもはるかに高い並列度でのデータアクセスに容易に対応できるなど、非揮発性メモリのパフォーマンス特性を利用した技術だ。NVMeの最初のターゲットはPCIeバスインタフェースだ。これはSCSIのパフォーマンスボトルネックを解消するのが狙いだ。

　最近、「3D XPoint」をはじめとする新タイプの不揮発性メモリが登場した。3D XPointは従来の「3D NAND」フラッシュよりもはるかに高速に動作し、DRAMに迫る速度を実現する。NANDメモリがページレベルでアドレスを指定するのに対し、SCMと呼ばれる3D XPointはバイトレベルでアドレスを指定できる。SCMはNANDよりも1000倍高速で、1000倍の耐久性があるが、価格はNANDよりも高く、その価格差は初期のSSDとHDDの価格差に相当する。またSCMの利点を生かすには、NVMeプロトコルでアクセスすることが必須条件だ。

　ファイバーチャネル（FC）とiSCSIがSCSIプロトコルをファブリックに拡張したように、NVMeプロトコルも同様のアプローチでファブリックに拡張されている。NVMe-oFの概念図を下に示す。

NVMe-oFの概念図

　NVMe-oFはFC、TCPあるいはリモートDMA（Remote Direct-Memory Access）ベースのネットワーク上で動作し、特定のトランスポートに依存しない設計になっている。NVMeに対応したアプリケーションをファブリック（ネットワークスイッチ）で運用しても、レイテンシ（通信遅延）に与える影響は限定的だと思われる。NVMe-oFは比較的新しい技術であるため、Windowsや各種Linux系OSが標準でサポートするまでには、しばらく時間がかかりそうだ。

NVMe-oFの重要性

　NVMe-oFはストレージアーキテクチャに対してどのような意味を持つのだろうか。SCMや次世代のNANDフラッシュの性能をフルに引き出すには、NVMe-oFの登場に合わせて共有ストレージアーキテクチャを変更する必要がある。ほとんどのオールフラッシュストレージシステム（AFA）のレイテンシは1ミリ秒以下で、最新のAFAの多くは500マイクロ秒以下のレイテンシだ。NVMe-oFを使用したSCMベースのアレイは、もう1桁少ない50マイクロ秒に迫るレイテンシを実現する可能性がある。