近年のストレージ装置そのものとストレージアクセスプロトコル、両方の進展について簡単に図にまとめました。
SPDKを理解することを目的としていますので、省略している個所も多いですがご容赦ください。

また、ネットワーク越しのストレージアクセスについては次回記事で解説します。本記事ではあくまでもあるコンピュータからのローカルなストレージアクセスのみについて解説します。

図をみると、ストレージそのものは以下の2種類

・HDD(Hard Disc Drive)

・SSD(Solid State Drive)

ストレージとコンピュータをつなぐプロトコルは以下の２種類となります

・SATA(Serial ATA)

・NVMe(Non-Volatile Memory Express)

それぞれについて、違いをみていきましょう。

まずは、ハード的な違いについて表にまとめてみました。

むろん特定用途でHDDが優れている場合もありますが、一般的にはSSDの方がストレージとしての性能は高いことがわかると思います。

この表は、HDDとSSDの一般的な特徴を示していますが、個々の製品やテクノロジーによって異なる場合があります。また、特定の用途や要件によっても選択肢が異なる場合がありますのでご注意ください。

次にストレージアクセス用プロトコルの観点で、違いについて表にまとめてみました。
ストレージ用プロトコルは、IDEなど他にも存在していますが、ここでは本記事に登場するSATAとNVMeに絞って比較しました。

むろん特定用途でSATAが優れている場合もありえますが、SSDをストレージにした場合のアクセスはNVMeの方が有利です。

プロトコル自体もSATAはHDDや光学ドライブアクセス用に開発されたのに対して、NVMeはSSDアクセスに特化して開発されたプロトコルですので当然といえば当然かもしれません。

この表は、SATAとNVMeの一般的な特徴を示していますが、個々の製品やテクノロジーによって異なる場合があります。また、特定の用途や要件によっても選択肢が異なる場合があります。

さて、最初の図に戻ります。

まず①の状態ですが、HDDとSATAの組み合わせです。コスト的には安価ですので、この組み合わせの商品も現存します。

ただしストレージのアクセス速度はSSDとNVMeの組み合わせに比較すると遅いです。

次に②の状態はSSDとSATAの組み合わせです。HDDからSSDに代わることによりハードウェア的な進化がありました。

逆に、SSDが持つ性能をSATAでは引き出せないという状態に陥ります。

そこで③の状態になります。SSDアクセス用に特化したプロトコルであるNVMeが登場したことによりストレージへのアクセス性能が再度向上します。

ただし、ここで問題となったのがOS(カーネル)です。

カーネルは、アプリケーションとハードウェアを媒介してくれる便利なものですが、同時に割り込みや複数回のコピー（アプリケーション→カーネル、カーネル→ストレージ）という構造的なボトルネックが顕在化しました。

そこで、④としてストレージのドライバをユーザー空間上で実現するSPDKが登場しました。アプリケーションはストレージへのアクセス（書き込み・読み込み）をカーネル非介在で実施することにより、超高速アクセスを得ることができます。

SPDKを利用する利点を以下にまとめました。

• 高スループット:

  • カーネルバイパス技術を使用することで、カーネルのオーバーヘッドを削減し、高スループットを実現します。

• 低レイテンシ:

  • ユーザースペースで直接ストレージデバイスにアクセスするため、レイテンシが最小限に抑えられます。

• 柔軟性:

  • SPDKは、さまざまなストレージデバイスやプロトコルに対応しており、カスタマイズが容易です。

本記事で解説したSPDKと、他連載で記載のDPDK(Data Plane Development Kit)には多くの類似点があります。

SPDKとDPDKの比較を以下にまとめました。

高速化のターゲットが、ストレージであるかNIC(Network Interface Card)であるかの違いはあるものの「カーネル処理をバイパスして処理高速化を図る」という基本的な考え方は大きな共通点となっています。