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2024-02-12 14:00:00
おそらく、コンピューターのマザーボードを扱うのは久しぶりでしょう。 PC またはノートブックの前に座って日常業務を実行するだけであれば、その必要はありません。
ただし、グラフィックス カードや SSD などのコンポーネントをアップグレードして交換する場合は、回路基板上の既存の内部接続とそのケーブル配線を調査することを強くお勧めします。 この準備作業により、後々のトラブルが軽減されます。機械的に適合し、同時に実際に最大のパフォーマンスを達成できる適切なコンポーネントを選択することを最初から決定します。
SSD とグラフィックス カードの場合、SATA インターフェイスと PCI Express インターフェイスがすぐにわかります。 SATA は時代遅れのテクノロジーとみなされていますが、特に多くの古いノートブックでは、ハード ドライブを更新するために依然として重要です。
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PCIe についてはその逆が当てはまります。インターフェイスは非常に強力であるため、SATA の後継となっただけでなく、さまざまなバージョンやコネクタ形式でも利用できます。 この多用途性こそが混乱を引き起こす可能性がありますが、少しの接続ノウハウがあれば、最初から心配する必要はありません。
SATA: 長いドライブの標準接続
3.5 インチ磁気ハード ドライブに加えて、2.5 インチ フォーマットの SSD は依然として SATA 600 インターフェイスに依存しています。 これらのフラッシュ ドライブは、最大 8 TB の容量で利用できるようになりました。
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Serial ATA、または S-ATA (略称 SATA): 「Serial Advanced Technology Attachment」インターフェイスは、長い間、大容量ストレージや、CD や DVD などのリムーバブル ストレージ ドライブの標準でした。
現在では、M.2 スロットだけでなく、2.5 インチ形式の磁気ハードドライブや SSD にも広く使用されています。 SSD の場合は、ますます人気がなくなり、PCI Express に置き換えられています。 HDD は引き続き SATA インターフェイスに依存します。
現在のバージョンは SATA 6G で、SATA-III または SATA-600 とも呼ばれます。 これは理論上の転送速度が 600MB/s の SATA 仕様の第 3 世代であり、SATA-600 という名称の由来となっています。
実際に SATA SSD を使用すると、書き込み時に 500MB/s 以上、読み取り時に約 550MB/s のシーケンシャル データ転送が可能です。 SATA 6G には下位互換性があります。 ただし、以前のバージョンの SATA-I および -II がまだ使用されているのはおそらくほとんどありません。
eSATA: 外付けハードドライブ用の SATA インターフェイス
eSATA 接続は、外部ストレージ ソリューション用の外部 SATA インターフェイスです。 現在では、たとえば Synology のこのような NAS エンクロージャで見つかることはほとんどありません。
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外部 SATA 接続 (略して eSATA) は、外部ドライブを接続するために内部インターフェイスを外部に導きます。 USB などの追加コンポーネントは必要ありません。 eSATA は SATA と同じ転送速度で動作します。 ただし、外部インターフェイスには特別なケーブルとコネクタが必要です。
さらに、eSATA 経由で電力を送信することはできません。 したがって、モバイルドライブには通常、別の電源ユニットを介して電力を供給する必要があります。 電源がないことは、ノートブックでの使用には特に実用的ではありません。
このため、ここでは eSATA と USB を 1 つの接続で組み合わせたコンビネーション ソケットがよく使用されます。 接続された eSATA デバイスは、USB 部分を介して電力を受け取ります。 データはeSATA部分を介して転送されます。
これらの接続はノートブックの筐体には見られなくなりました。 USB はその汎用性のおかげでそれらに取って代わりました。 ただし、ネットワーク ストレージ デバイス (NAS) では、外付けハード ドライブを接続するために eSATA ポートが依然として使用されることがあります。
SATAe: 後続接続の確立に失敗しました
SATA Express SSD 接続は、転送に PCIe を初めて使用しましたが、SATA ハードディスクでも使用することを目的としていました。 しかし、PCI Express のせいもあって、普及することはありませんでした。
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SATAe (SATA Express) は、SATA 6G の後継として意図されましたが、普及しませんでした。
このアイデアは、SSD の物理転送に SATA の代わりに PCI Express を使用することでした。 2 つの SATA ポートを束ねて PCI Express 経由で転送することで、従来の SATA 6G の速度が 2 倍になります。 これにより、PCIe x2 接続が作成されます。 PCIe 2.0 ではこれは 1,000MB/s に相当し、PCIe 3.0 では 2,000MB/s に相当します。
SATAe の下位互換性を維持するために、コネクタは 3 つの部分からなる設計になっています。 2 台の SATA ハードドライブをコネクタに接続できます。 その後、転送速度は SATA に戻ります。 2 つの SATA ソケットに加えて、PCIe クロック信号と電源用のエリアがあります。
しかし、対応するフラッシュドライブはまだ確立されていません。 この主な理由は、2 つの PCIe レーンへの制限です。 比較のために: M.2 SSD ドライブは最大 4 つの PCIe レーンを利用します。 PCIe 3.0 では、ほぼ 4,000MB/s を達成します。
PCIe: 多くのコンピュータコンポーネント用のユニバーサルインターフェイス
Peripheral Component Interconnect Express インターフェイス — PCI Express または PCIe 略して、コンポーネントをプロセッサーや I/O ハブに直接接続します。 PCIe という略語には常に、世代を示す番号、つまり理論上の最大転送速度が関連付けられています。
シリアル転送方式として、PCIe はいわゆるレーンを使用します。レーンを束ねてデータ転送速度を向上させることができます。 PCIe バージョン番号が大きいほど、レーンあたりの転送速度が高くなります。
理想的な制御に必要なレーン数は、それぞれのコンポーネントによって異なります。 これは文字「x」の後の数字で示され、x1、x4、x8、x16 など、メインボード上のさまざまなスロット サイズも特徴付けられます。 x1 スロットは非常に短いですが、x16 スロットは比較的長いです。
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PCIe 転送速度: これは、PCIe バージョンとレーン数の組み合わせです。 たとえば、PCIe 3.0 の場合、レーンあたりのレートは 8GT/s (1 秒あたりのギガ転送数) です。 これは、レーンあたり 970MB/秒の帯域幅に相当します。 PCIe 3.0 x4 では、理論的には 3.9GB/s が可能です。
ただし、実際に使用できるデータレートは低くなります。 理由: 純粋なデータ転送に加えて、転送プロトコルも帯域幅を利用します。
ここに示した Asus TUF GeForce RTX 4090 など、電力を大量に消費するグラフィックス カードは、PCIe x16 スロットが提供できる以上の電力を必要とします。 追加の電源接続には最大 12 ピンが追加され、それに応じて強力な電源ユニットを使用して数百ワットの追加電力を供給できるようになりました。
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PEG は PCI Express for Graphics の略で、グラフィックス カード用のメインボード上のスロットを表します。 最大 16 個の PCIe レーンを備え、最大 75 ワットの電力を供給できます。 対照的に、他の PCIe スロットは最大 25 ワット、またはわずか 10 ワットに制限されています。
多くの場合、スロット経由の電力供給だけではグラフィックス カードに十分ではないため、電源ユニットへの追加接続を介して GPU への電力供給を増やすことができます。 6 ピン コネクタはさらに 75 ワットを供給し、6 ～ 8 ピンのケーブルは最大 150 ワットを追加します。
ゲーマー向けの高性能グラフィックス カードの場合、電力要件をカバーするために複数の 8 ピン ケーブルも必要になる場合があります。
Nvidia は、現在の GPU がいかに電力を消費するかを示す良い例です。 Geforce RTX 3000 シリーズ以降、メーカーは 12 ピン電源接続を選択しており、最大 600 ワットの追加電力用に設計できます。
グラフィックス カードの技術データには、どの電源コネクタが互換性があるかに関する情報が記載されています。 通常、ケーブルは電源ユニットに付属しています。 まれに、グラフィックス カードの製造元が適切なケーブルも供給している場合があります。 それに応じて強力な電源ユニットが必須の要件となります。
柔軟だがわかりにくい: PCIe スロットとレーン割り当て
PCI Express は実際には非常に柔軟であることがわかりました。 たとえば、各世代には下位互換性があります。 したがって、PCIe 3.0 メインボード上で PCIe 4.0 グラフィックス カードを動作させることもできます。
ただし、データ転送パフォーマンスはホスト システムの低速に戻ります。 同時に、PCIe 1.0 カードは、より上位の PCI Express バージョンを搭載したコンピュータでも使用できます。 ただし、その結果、動作が速くなることはありません。
さらに、スロットを柔軟に使用することもできます。 たとえば、x1 カードは x4 スロットでも動作します。 ただし、メインボードのアーキテクチャを考慮する必要があります。 これは、すべてのスロットが自動的にフル レーンに配線されるわけではないためです。
たとえば、PEG スロットが 2 つあり、そのうちの 1 つがグラフィックス カードで占有されている場合、16 レーンが供給されます。 これは、2 番目のスロットにレーンが残っていないことを意味します。
ただし、カードが挿入されるとすぐに 8 レーンが 2 番目のスロットに自動的に切り替わることも可能です。 これは、カードがこの数のレーンを必要としない場合にも当てはまります。 配線は非常に多様であるため、個別のケースでどのように動作するかについては、メインボードのマニュアルを読むだけでわかります。
コンパクト ソリッド ステート ディスク (SSD) 用の M.2 スロット経由の PCIe
2280 フォーマットは、M.2 スロットの SSD に広く使用されています。 多くの場合、この P3 シリーズの Crucial SSD のように、製品名称からサイズと PCIe バージョンを直接読み取ることができます。
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M.2 は、Next Generation Form Factor (NGFF) から生まれたインターフェイス仕様です。 コンパクトなソケットにより、特に小型のモジュールを最大 4 レーンの PCIe 経由で接続できます。
これにより、転送速度の点で SATA の制限要因が容易に克服されるため、M.2 は、特にフラットなノートブック (ウルトラブック) などの内蔵 SSD に急速に定着しました。
スロットによって M.2 SSD のサイズが決まります。 ほとんどのメインボードでは、識別子 2280 を持つ M.2 が見つかります。これは、幅 22 ミリメートル、長さ 80 ミリメートルを表します。 この仕様は、適切なカードのサイズだけでなく、固定ネジの位置も決定するため、重要です。 他のサイズは 2230、2242、または 22110 で、長さのみが異なります。
M.2 スロットの SSD は、転送に PCIe を使用する NVMe 転送プロトコル (Non-Volatile Memory Express) を利用します。 これが、NVMe SSD とも呼ばれる理由です。 M.2 SSD から起動できるようにするには、コンピューターの BIOS に NVMe ドライバーが必要です。 これは現在、ほぼ例外なく当てはまります。 NVMe ドライバーは、すべての一般的なオペレーティング システムにも統合されています。
いわゆるキーにより、カードがそれぞれの M.2 スロットで確実に操作できるようになります。 B、M、または B+M スロットは通常、内蔵 SSD に使用されます。
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M.2 SSD の特殊機能: M.2 スロットは、PCIe コントローラーを備えた SSD だけのために予約されているわけではありません。 SATA SSD を収容および制御できる組み合わせスロットもあります。 M.2 スロットが SATA SSD によって占有されるとすぐに、PCIe から SATA に切り替わります。
したがって、PCIe の速度の利点が失われます。 純粋な SATA M.2 スロットでも、古いノートブックのボードや外付け SSD のハウジングにまだ搭載されています。
どの M.2 SSD が存在するかは、「キー」と呼ばれるモジュールの接続部分の切り欠きによって識別できます。 これにより、互換性のあるカードのみをスロットに挿入できるようになります。 PCIe (x2 および x4) 用の M.2 SSD は、カットアウト – キー M によって認識できます。左右に 2 つのカットアウトを持つバリアント (キー B+M) は、通常、PCIe x2 または SATA のみをサポートします。
この記事はドイツ語から英語に翻訳され、元々は pcwelt.de に掲載されました。
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