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インターフェースとは

ストレージインターフェースのまとめとして、以下それぞれの変遷と概要を解説します。

(注)本コンテンツ内で説明している性能数値は規格上のものであり、必ずしも富士通製品が提供するものではありません。

インターフェースとは

ストレージのインターフェース

インターフェース(interface)とは、異なるものの境界面を表す言葉で、これがICTの世界では機械や人の中間にあって、データのやり取りをするものあるいはそのための規約となっています。

「ハードウェアインターフェース」「ソフトウェアインターフェース」「ユーザーインターフェース」の3つに大別できます。ストレージの場合は「ハードウェアインターフェース」であり、コンピュータ本体とストレージを接続して通信する際の規約で、コネクターの形状や電気信号の形式などを定めているものです。

内蔵/外付けインターフェースとネットワークに特化したインターフェース

ストレージには、内蔵インターフェースと外付けインターフェースがあります。内蔵インターフェースとは、HDDのデータ転送に使われており、SCSI、SAS、IDE、ATA、SATAなどがあります。このインターフェースで直接コンピュータに接続することもありますし、外付けインターフェースとして標準的なUSBやIEEE 1394を介して接続することもあります。
現在、USBの最新バージョンは3.0となり、転送速度はUSB2.0の10倍以上です。また、高バンド幅、 低レイテンシー、高信頼性が特長のインターコネクト、InfiniBandはHPCなどのストレージで導入が進められています。

また、外付けのインターフェースの中には、ネットワークに特化したインターフェースFC、iSCSIなどがあります。

種類 最大転送速度 特長 用途
内蔵/外付インターフェース SCSI 320MB/s(Ultra320 SCSI) ストレージの代表的なインターフェース サーバが中心。信頼性が求められるシステムに適している。需要は次に説明するSASに移りつつある。
SAS 6Gbit/s 内蔵と外付けいずれにも対応し、高速転送が可能 サーバが中心。高速転送・高信頼性が求められるシステムに適している。
IDE, ATA 1,064Mbit/s(ATA) 対応ディスクが低価格 パソコンが中心。エントリーサーバや低価格なアーカイブ用ストレージにも利用されている。需要は次に説明するSATAに移っている。
SATA 6Gbit/s 内蔵用で、低価格ながら高速転送を実現 パソコンが中心。エントリーサーバや低価格なアーカイブ用ストレージに利用されている。
USB 480Mbit/sまたは 5Gbit/s プラグアンドプレイに対応、ホットプラグも可能 現在のPC周辺機器において、最も普及した汎用インターフェース規格。
InfiniBand 56Gbit/s(FDR)
40Gbit/s(QDR)
高バンド幅、 低レイテンシー、高信頼性の高速インターコネクト
ストレージシステムの接続にも利用可能
エンタープライズやHPC(High Performance Computing)分野で導入が進んでいる。
ネットワークに特化したインターフェース FC(Fibre Channel) 16Gbit/s ネットワークでの使用を前提に、光ファイバーによる高速転送を実現 大規模SAN。エンタープライズシステムやデータセンター向けに適している。
iSCSI 1Gbit/s または10Gbit/s IPネットワークを利用して低コストなSAN(IP-SAN)を実現 中・小規模SAN(ストレージの集約)。SCSIのケーブル延長用に適している。
FCoE 10G Ethernet FC-SAN環境とLAN環境を統合し、低コストでシンプルなネットワークを実現 データセンターなど大規模統合ネットワーク向け。
NAS 1Gbit/s または10Gbit/s PCデータのバックアップの集約にも適している、ファイルサーバに特化した専用装置 ファイルサーバ向け。PCデータのバックアップの集約にも適している。

内蔵/外付けインターフェース

SCSI - ストレージの代表的なインターフェース

  • 用途:サーバが中心。信頼性が求められるシステムに適している。需要は次に説明するSASに移りつつある。
  • 最大転送速度:320MB/s(Urtra320 SCSI)

Small Computer System Interfaceの略で、長年にわたりストレージの接続規格として利用されてきました。内蔵/外付けいずれにも対応し、高信頼性が特長のインターフェースです。

1986年にANSI(アメリカ規格協会)によってSCSI-1が承認され、その後の何回かの機能拡張により、現在のSCSI-3(Urtra320 SCSI)に至っています。接続には、8本あるいは16本の銅線を並行に束ねたパラレルのSCSIケーブルを使用します。

SAS - SCSIをシリアルにして高速化

  • 用途:サーバが中心。高速転送・高信頼性が求められるシステムに適している。
  • 最大転送速度:6Gbit/s

内蔵と外付けいずれにも対応する、高速転送が可能な高信頼性のインターフェースです。 SCSIは、8本あるいは16本の銅線を並行に束ねて転送するパラレル転送のため、高速に転送しようとすると、電気信号が影響し合ったり、到着時間にばらつきが出るなどの課題がありました。そこで、パラレルの反対、つまり「シリアル」転送にすることで解決したSCSI、すなわち「Serial Attached SCSI」、略して「SAS」が誕生しました。現在、SCSIの最大転送速度が320Mbit/s(Urtra320 SCSI)に対して、SASは最大6Gbit/sの転送が可能です。

IDEとATA - 低価格なパソコン用インターフェース

  • 用途:パソコンが中心。エントリーサーバや低価格なアーカイブ用ストレージにも利用されている。需要は次に説明するSATAに移っている
  • 最大転送速度:1,064Mbit/s(ATA)

対応ディスクが低価格であることが、最大のメリットのインターフェースです。

先だって登場したSCSIは高速で外付けにも対応する高品質のインターフェースでしたが、高価というデメリットがありました。これを解消したのがIDEです。IDEはSCSIと比較すると転送速度は劣り、内蔵インターフェースのため外付けできないなどの制約はあったものの、対応ディスクは低価格。これが受け、IDEインターフェース対応のディスクは各種製品化されていきます。

そこで、IDE規格の標準化を進め、ANSI(アメリカ規格協会)において正式にATA(Advanced Technology Attachment)インターフェース規格として制定。これが、1994年のことで、以降、パソコンの内蔵ハードディスクでは、ATAインターフェース対応ディスクが主流となっていきます。SCSI同様に、転送方式はパラレルです。

SATA - ATAをシリアルにして高速化

  • 用途:パソコンが中心。エントリーサーバや低価格なアーカイブ用ストレージに利用されている。
  • 最大転送速度:6Gbit/s

低価格ながら高速転送を実現した内蔵用インターフェースです。

ATAは、8本あるいは16本の銅線を並行に束ねて転送するパラレル転送のため、高速に転送しようとすると、電気信号が影響し合ったり、到着時間にばらつきが出るなどの課題がありました。これはSCSIと同じです。そこで考えられたのがパラレルの反対、「シリアル」転送のATA、すなわち「Serial Advanced Technology Attachment」です。

シリアル化の最大のメリットは高速転送にあります。現在、SATAは最大転送速度 6Gbit/sに対応しています(ATAは1,064Mbit/s)。さらに、ケーブルが細く、扱いやすく、長さも最大1mに伸びました(ATAは最大45.7cm)。

USB - PC周辺機器の汎用インターフェース規格

  • 用途:現在、PC周辺機器において最も普及している汎用インターフェース規格として幅広く使用されている。
  • 最大転送速度:480Mbit/s または5Gbit/s

USBは、PCに周辺機器を接続するためのシリアルバス規格の1つ。プリンタやスキャナ、USBフラッシュメモリ、キーボード、ハードディスクやストレージ、マウス、オーディオデバイスなどさまざまな機器の接続が可能。プラグアンドプレイにも対応しホットプラグも可能です。
1996年にUSB1.0が登場し、最新バージョンはUSB3.0です。USB3.0のデータ転送速度は、USB2.0の最大データ転送速度480Mbpsと比べ、約10倍の最大5.0Gbpsとなっています。

InfiniBand -高バンド幅、 低レイテンシー、高信頼性の高速インターコネクト

  • 用途:エンタープライズやHPC(High Performance Computing)分野で導入が進んでいる。
  • 最大転送速度:56Gbit/s(FDR)、40Gbit/s(QDR)

InfiniBandは、米IBTA(InfiniBand Trade Association)が策定するオープンスタンダードなI/O仕様に基づく高速インターコネクトです。イーサネットに替わるハイパフォーマンスで低レイテンシー、高信頼性といった特長を備えています。メモリ空間を直接異なるシステム間で共有するRDMA(Remote Direct Memory Access)機構を使い、ストレージ向けにSRP(SCSI RDMA Protocol)などが提供されています。InfiniBandは、ネットワークとストレージの両方を1つのシステムとして一元管理が可能です。

まとめ - 高信頼性ならSAS、価格重視ならSATA、さらにUSB3.0、InfiniBandなど選択肢が拡大

ストレージのインターフェースはSCSIからSASへ、そしてATAからSATAへというように、パラレルからシリアルへ大きく進化してきました。SCSIは高信頼性、ATAは低価格というメリットはそのままに、共に高速転送を実現しています。現在DAS(サーバとストレージが直結しているシステム)においては、頻繁にアクセスし、高い信頼性を求めるならSAS、SASほどアクセスが求められず価格を重視するのであればSATAを選択することになるでしょう。またPC周辺機器のインターフェースとして普及拡大しているUSBも、USB3.0でさらなる高速化を実現。さらにHPCなどの分野で導入が進むInfiniBandなど、多様化するニーズにインターフェースの選択肢も広がっています。


富士通のETERNUSは、各種内蔵/外付インターフェースに対応しています。

ネットワークに特化したインターフェース

FC(Fibre Channel) - SANの代表的な高品質・高速インターフェース

  • 用途:大規模SAN。エンタープライズシステムやデータセンター向けに適している。
  • 最大転送速度:16Gbit/s

ネットワークでの使用を前提に、光ファイバーによる高速転送を実現するインターフェースです。

前述のSCSIインターフェースの伝送距離は、25m以内という制限があり、この制限を超えるために開発されたのがFibre Channel、略してFCです。接続には最大転送速度16Gbit/sの光ファイバーを使用し、最大伝送距離10Km以上という、長距離・高速データ転送を実現します。

これにより、SAN(Storage Area Network)の構成が可能となり、それまで1:1だったサーバとストレージの関係を、n:1に(ストレージが1、あるいは1に近い数)が実現できるようになりました。

ストレージを1台(あるいは1台に近い数)にまとめることで、未使用分のストレージ容量を抑えることができ、コスト削減になります。管理する台数も減りますので、バックアップなどの運用も楽になります。

iSCSI - 低コストでSANを構築

  • 用途:中・小規模SAN(ストレージの集約)。SCSIのケーブル延長用に適している。
  • 最大転送速度:1Gbit/s または10Gbit/s

IPネットワークを利用して低コストなSAN(IP-SAN)を実現するインターフェースです。

SAN(FC-SAN)は高速で大規模なネットワーク構築を可能にしましたが、高価というデメリットがありました。そこで、専用の機器やケーブルを不要にして、安価にSANを実現するのがiSCSIです。

前述のSCSIコマンドをTCP/IPパケットに包み込み、IPネットワークを経由して離れたストレージとコンピュータを接続します。幅広く利用されているIPネットワークを利用するため、ハブ、ルータ、スイッチ類は従来のものを用いることができ、低価格はもちろん、SAN構築の技術的なハードルも下げることができました。

FCoE - SANとLANをイーサネットで統合

  • 用途:データセンターなど大規模統合ネットワーク向け。
  • 最大転送速度:10G Ethernet

FC-SAN環境とLAN環境を統合し、低コストでシンプルなネットワークを実現するインターフェースです。

FC-SANにより大規模なストレージ専用のネットワーク構築が可能になりましたが、社内にはLANも存在します。いくつもネットワークがあるようでは、システム構成が複雑になってしまっています。そこで考えられたのが、FC-SAN環境とLAN環境を統合するFCoE(Fibre Channel over Ethernet)です。FCoEには専用のインターフェースボードConverged Network Adapter(CNA)を使用し、この1枚(冗長化では2枚)で、LANとFC-SANを統合します。

インターフェースボードが削減されれば、ケーブル数も削減されます。消費電力や冷却の問題も解決されますし、ICTコスト削減にも有効です。ネットワークがシンプルになれば、管理も効率化できますし、障害発生の危険性も減ります。

また、データセンターにおいて、サーバからストレージに接続するインターフェースをEthernetに統一する目的で、FCoEと組み合わせて使う規格としてDCB(Data Center Bridging)があります。DCBはロスレス、低遅延、厳密な帯域保証などEthernetの高性能化を実現します。

NAS - ファイルサーバに特化した専用装置

  • 用途:ファイルサーバ向け。PCデータのバックアップの集約にも適している。
  • 最大転送速度:1Gbit/s または10Gbit/s

インターフェースではありませんが、SANやiSCSIと同じようにストレージのネットワークを構成するものにNAS(Network Attached Storage)があります。NASは、ファイルサーバに特化した専用装置のことを示すようになっています。ネットワークを経由して個人のパソコンから自在にアクセスでき、情報共有に利用されています。

NASは既存IPネットワークを利用するので、安価です。ただし、既存ネットワークのため、転送速度はSANよりも落ち、高速転送が求められるアプリケーションには向きません。

まとめ - 規模に応じた技術の採用

インターフェースの高速化

ストレージのネットワークには大規模向けのFC-SANと小規模向け・低コストなiSCSIがあります。iSCSIも使用するルータ等の機器によっては十分な転送速度を実現しますので、選択の幅が広がってきているといえるでしょう。新しい規格であるFCoEは、LANとSANの両方を同時に1つのメディアで通信することを可能にするため、インターフェースを統合でき、設備や運用面などでのコスト削減効果が期待されています。また、情報共有が目的であればNASの採用も考えられます。目的と規模により、適材適所の選択が大切となります。

富士通のETERNUSは、各種ネットワークに特化したインターフェースに対応しています。

更新日:2012年9月27日
掲載日:2009年8月26日

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