シリアルATA（SATA）徹底解説：規格・性能・実装・NVMeとの違い
エバープレイ編集部シリアルATA（SATA）とは
シリアルATA（SATA）は、ハードディスクドライブ（HDD）、ソリッドステートドライブ（SSD）、光学ドライブといったストレージデバイスをホスト（マザーボード）に接続するためのインターフェース規格です。従来の並列ATA（PATA）を置き換える形で登場し、シリアル伝送、ポイントツーポイント接続、薄いケーブルとコネクタ、ホットプラグや省電力機能などを特徴とします。現在のSATAは普及度が高く、コストパフォーマンスの良いストレージ接続手段として広く利用されています。
SATAの世代と速度
SATAは世代ごとに最大リンク速度が向上してきました。市場で一般的に表記される仕様は次の通りです：
- SATA I（1.5 Gbit/s）— 理論上の最大転送速度は約150 MB/s
- SATA II（3.0 Gbit/s）— 理論上の最大転送速度は約300 MB/s
- SATA III（6.0 Gbit/s）— 理論上の最大転送速度は約600 MB/s
これらの数値は理論的な上限であり、実際のファイル転送速度はプロトコルオーバーヘッド、ドライブの内部性能、ホストコントローラの実装などにより低くなります。一般的なSATA接続のSSDは実効で約500〜560 MB/s程度が上限となる製品が多く、SATAの帯域がボトルネックになります。
物理コネクタと電源
SATAの内部データコネクタは7ピンのシリアルデータコネクタ、電源コネクタは15ピン（3.3V/5V/12V出力を含む）が標準です。ケーブルは細く取り回しが容易で、従来のPATAケーブルよりもエアフロー確保に有利です。ケーブル長の制限は内部ケーブルで概ね1メートル程度で、外部向けのeSATAは設計によって最大2メートル程度まで使用されることがあります。
主な機能：AHCI、NCQ、TRIM、ホットプラグ
SATAはプロトコル面で多くの便利機能を提供します。代表的なものは以下の通りです：
- AHCI（Advanced Host Controller Interface）: OSとドライバがSATAコントローラを汎用的に制御するためのインターフェース。ホットプラグやNCQなどの機能を利用するための標準仕様です。
- NCQ（Native Command Queuing）: デバイス側でコマンドの最適順序を決定し、HDDなどのシークを最小化して効率を上げる機能。キュー深度を持ち、ランダムIO性能改善に寄与します。
- TRIM: SSDのガベージコレクションを助けるコマンド。OSが使われていないブロックをSSDに通知し、書き込み性能と寿命を保ちます。
- ホットプラグ: システム稼働中にディスクを差し替え可能（BIOSとOSの対応が必要）。サーバ用途やホットスワップベイで有効です。
拡張と派生規格
SATAにはいくつかの派生仕様が存在します。
- eSATA: 外付け向けに堅牢化した外部インターフェース。電源供給は別途必要です。
- eSATAp（Powered eSATA）: eSATAに電源供給機能を追加したコネクタ。
- mSATA: ノートPCや小型機器向けにmini-PCIeフォームファクタを流用したSATA接続のSSD規格。
- M.2（SATAモード）: M.2スロットにSATAプロトコルで接続されるSSDもあり、形状は異なるが論理的にはSATAデバイスとして動作します。一方、M.2でPCIe/NVMeを使う製品はSATAとは別物です。
- SATA Express: PCIeのレーンを用いて帯域を拡張する試みでしたが、普及は限定的で、現在はM.2＋NVMeに事実上置き換えられています。
SATAとNVMeの比較
SATAは信頼性や互換性、コスト面で優れていますが、性能面では限界があります。NVMeはPCIeレーンを直接使用することでレイテンシが低く、並列処理性能に優れ、高速な読み書き（数GB/s級）を実現します。用途の目安は次の通りです：
- 一般的なデスクトップやノートPC、容量重視のストレージ（HDDや低コストSSD）→ SATAで十分
- 高性能ワークステーション、データベース、ビデオ編集や大規模IOが要求される用途→ NVMe推奨
実装上の注意点と運用
SATAを運用する際の実務的なポイント：
- 互換性: SATAは下位互換性があり、古い世代のデバイスを新しいコントローラに接続可能。ただし速度は低い世代に制限されます。
- AHCIモードとレガシーモード: BIOS/UEFIでAHCIを有効にしておくとTRIMやNCQなどの機能をフルに活用できます。既にOSをインストール済みの環境でモードを切り替えると起動できなくなる場合があるため注意が必要です。
- ケーブル品質: 安価なケーブルや長すぎるケーブルは信号品質低下の原因となり、エラーや転送速度低下を招くことがあります。
- セキュリティ: ATA Secure Eraseや自己暗号化ドライブ（SED）といった機能がありますが、実装の不備や互換性問題が報告されているため、重要データの消去や暗号化運用は検証が必要です。
なぜSATAが今も重要か
NVMeが台頭する中でも、SATAは低コストで安定した大量ストレージや互換性を重視する分野で根強く使われています。大容量HDDやコストパフォーマンス重視のSSD、古いシステムとの互換性確保など、用途に応じてSATAは今後もしばらく重要な選択肢であり続けるでしょう。
まとめ
SATAはシンプルで信頼性の高いストレージインターフェースであり、規格の進化により性能も向上してきました。ただし、SATA IIIの帯域はおよそ600 MB/sが上限であり、より高性能を求める用途ではNVMe（PCIe）への移行が適切です。運用面ではAHCIやTRIMの有効化、ケーブル品質、コネクタの取り扱いに注意し、用途に応じた最適なストレージ選定を行ってください。
参考文献
- SATA-IO: Specifications
- Wikipedia: Serial ATA
- Wikipedia: Advanced Host Controller Interface (AHCI)
- NVMe (NVM Express) - Wikipedia
- Wikipedia: eSATA
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