300MB/sのUSBメモリが20秒後に遅くなる理由

最近のUSBメモリを使っていると、ほとんどの人が一度は経験する瞬間があります。マーケティングの言葉に、現実が突然割り込んでくる瞬間です。

新品のUSBメモリを差し込みます。パッケージには驚くほど高速な性能がうたわれています。Webサイトには書き込み速度300MB/sと書かれているかもしれません。レビュー記事では、その速さを証明するベンチマーク画面が掲載されているかもしれません。すべてがとても印象的に見えます。

そこで、大きなフォルダをそのドライブへコピーしてみます。

最初のうちは、転送は広告どおりに猛烈な速さで進みます。進行バーは勢いよく動きます。Windowsは信じられないような書き込み速度を表示します。小さなUSBメモリが、ついに小型スーパーコンピュータのように動く時代になったのかもしれない、と思い始めます。

すると、妙なことが起こります。

速度が崖から落ちるように急低下します。

最初は300MB/sだったものが、突然80MB/sになります。次に45MB/s。場合によってはさらに低くなります。進行バーはゆっくりとしか動かなくなり、画面には「残り18分」と表示されます。そして、いま買ったばかりの“奇跡のドライブ”に何が起きたのかと考えることになります。

以前の記事、「ベストUSBドライブ」ランキングはなぜ無視すべきなのかでは、多くのUSBベンチマーク記事が短時間のバースト速度に大きく注目し、デバイスそのものの深い挙動を無視しがちだという話をしました。あの記事は大きな考え方の話でした。この記事は、その下にある技術的な説明です。

BOTとUASPがどのように動くのか、NANDキャッシュがどのように振る舞うのか、そして現代のUSBコントローラが持続書き込みをどのように処理しているのかを理解すると、多くの「300MB/s」という主張が、実は話の一部しか伝えていないことが見えてきます。

バースト速度と持続速度は同じではない

現在のUSBメモリの多くは、書き込み処理の最初の部分を実際よりも速く見せるために、何らかのキャッシュを使っています。長時間の転送で本当に維持できる速度よりも、最初だけ速く見えるようになっているのです。

現代のNANDフラッシュメモリは、TLCやQLC技術をベースにしていることがよくあります。これらのメモリは容量とコストの面では非常に優れていますが、大量のデータを連続して書き込み続けることが常に得意なわけではありません。その制約を補うため、多くのドライブはpseudo-SLCキャッシュと呼ばれる一時的な高速領域を使います。

このキャッシュは、忙しい配送会社の受付カウンターのようなものだと考えると分かりやすいでしょう。最初のうちは、荷物が次々とカウンターに置かれ、すべてが速く進んでいるように感じます。しかし奥の作業場が同じペースで荷物を処理できなければ、やがてカウンターはいっぱいになります。そうなると、全体の作業は奥の作業場の速度に合わせて遅くなります。

多くのUSBメモリの内部でも同じことが起きています。転送の最初の部分は高速キャッシュに入ります。キャッシュがいっぱいになると、コントローラはより遅いNANDへ直接書き込むか、キャッシュ内のデータを長期保存用の領域へ移しながら、同時にコンピュータから新しいデータを受け取り続けなければなりません。

そのとき、本当の持続書き込み速度が現れます。

USBプロトコルも重要です

ここでもう一つ層を加えましょう。性能を左右しているのは、フラッシュメモリだけではないからです。

USBデバイスがコンピュータとどのように通信するかも重要です。一般的な転送方式としてBOTとUASPがあります。名前は少しとっつきにくいですが、この違いは大切です。

BOTはBulk-Only Transportの略です。これは、多くの従来型USBメモリで使われてきた古い方式です。BOTはとても単純な仕組みで動きます。コンピュータが1つのコマンドを送り、そのコマンドが完了するのを待ち、それから次のコマンドを送ります。

これはシンプルで互換性も高いのですが、効率はあまり良くありません。

UASPはUSB Attached SCSI Protocolの略です。UASPはより新しく、より効率的な方式で、コマンドキューイングと並列的なコマンド処理をサポートします。1つの作業が完全に終わるまで次の作業を始められないのではなく、UASPはストレージの流れをより滑らかに保ちます。

BOTが一時停止標識だらけの一車線道路だとすれば、UASPは交通の流れが整った複数車線の道路に近いものです。どちらの道路も同じ目的地には行けますが、一方は動きと動きの間で無駄になる時間が少なくなります。

BOTは性能の足かせになることがある

BOTでは、ストレージデバイスがコマンドの間で待っている時間が増えます。その余分な待ち時間は、小さなファイルを移動する安価なUSB 2.0ドライブではあまり問題にならないかもしれませんが、ストレージメディアが高速になるほど目立つようになります。

これは特に、混在した作業負荷、ランダムなファイル転送、大きな持続的処理で顕著です。そうした場面では、コントローラが多くの要求を効率よく管理する必要があります。しかしBOTは、そうした種類のトラフィックをうまく扱うために作られたものではありません。もっと古いストレージ環境を前提にした方式だからです。

だからといってBOTが壊れているわけではありません。単にBOTには限界があるということです。動作はしますが、現代の高速USBストレージデバイスでデータを動かす最も効率的な方法ではありません。

UASPは助けになるが、すべてを解決するわけではない

UASPは通信側の問題を改善します。レイテンシを下げ、より良いコマンド処理を可能にし、コンピュータとストレージデバイスの間のオーバーヘッドを減らすことができます。多くの外付けUSB SSDが、普通のUSBメモリよりもずっと速く、滑らかに感じられる理由の一つはここにあります。

しかし、UASPは魔法ではありません。

ドライブ内部のNANDが遅い場合、コントローラが弱い場合、キャッシュが小さい場合、あるいはデバイスがすぐに熱くなる場合、UASPがそのハードウェアを別物に変えてくれるわけではありません。

より優れた転送プロトコルは、データがコントローラへより効率よく届くのを助けます。しかし、コントローラが実際にデータを書き込まなければならない段階で、NANDメモリの物理的な限界を変えることはできません。

ここが、多くの速度表記で見落とされがちな微妙な点です。あるドライブが高速インターフェースに対応していても、キャッシュが尽きた後の持続書き込み挙動が悪いことは十分にあります。

最初の20秒が誤解を招く理由

短いベンチマークは、多くの場合、そのドライブが最もよく見える瞬間を示します。ドライブは空です。キャッシュは利用できます。コントローラはまだ冷えています。ガベージコレクションもまだ積極的には動いていません。テストには、デバイスをきれいで効率的に見せる大きな連続ブロックが使われているかもしれません。

これは、80GBの動画ファイル、さまざまな文書が入ったフォルダ、あるいは完全なソフトウェアイメージをドライブへコピーする状況とは違います。

長時間の転送中には、いくつものことが同時に起こり始めます。キャッシュがいっぱいになります。コントローラは内部でデータを再編成し始めます。NANDの書き込み速度が本当の制限になります。熱がたまります。ファームウェアの判断が目に見える形で現れます。ドライブが持続性能よりもコスト重視で作られている場合、その落ち込みははっきり分かるようになります。

だからこそ、「300MB/s」のUSBメモリが技術的にはその速度に達することがあっても、実際の作業負荷では300MB/sのドライブのように振る舞わないことがあります。

なぜベンチマーク画面より重要なのか

日常的な用途では、その違いは少し面倒なだけかもしれません。旅行写真や数個のPDFをコピーし、少し長く待って、それで終わりです。

しかし業務環境では、この違いはもっと重要になります。USBドライブの複製、ソフトウェア配布、現場更新用メディアの準備、データ記録、大きなイメージファイルの移動などを行う場合、持続書き込み性能こそがそのデバイスの本当の評価基準になります。

短いベンチマークで印象的に見えるドライブでも、同じ書き込み処理を何百回も繰り返すよう求められると、性能が悪くなることがあります。そこで、弱いNAND、小さなキャッシュ、粗いコントローラ設計、熱の制約は隠しようがなくなります。

プロフェッショナルなUSBワークフローが、パッケージに印刷された数字だけでなく、デバイス全体の挙動を重視する理由もここにあります。速度は話の一部ですが、すべてではありません。

本当に聞くべき質問

本当に聞くべき質問は、単に「このUSBドライブはどれくらい速いのか？」ではありません。

より良い質問は、「このUSBドライブは、その速度をどれくらい長く維持できるのか？」です。

この言い方に変えるだけで、話はマーケティングからエンジニアリングへ移ります。NANDの種類、コントローラ設計、キャッシュ容量、熱の挙動、転送プロトコル、ファームウェア品質、そしてテストされている作業負荷について考えざるを得なくなります。

バースト速度は、条件が楽なときにドライブが何をできるかを示します。持続速度は、そのドライブが実際にどのように作られているかを示します。

気づきましたか？

この記事で使われている画像は、実はこの記事全体のポイントを静かに証明しています。

USBメモリのパッケージには最大400MB/sの書き込み速度が表示されていますが、大きなファイルコピー中に実際に示されている持続転送速度は、125MB/sに近い数字です。この違いは、必ずしも詐欺や虚偽広告という意味ではありません。これは、バースト性能と現実の持続的な挙動との間にある差です。

USBメモリのマーケティングは、いまでも単純な速度の数字に大きく依存しています。単純な数字は印刷しやすく、比較しやすく、販売しやすいからです。

しかし、実際のUSB性能はもっと層が深いものです。

BOTとUASPの違いは重要です。キャッシュの挙動も重要です。NANDの品質も重要です。コントローラ設計も重要です。持続書き込みテストも重要です。

それらの層を理解すると、単なる「300MB/s」という主張は、最終的な答えというより、より良い質問の始まりに見えてきます。

現代のUSBストレージでは、製品ごとの本当の違いは、必ずしも最初の10秒間にどれだけ速く動くかではありません。簡単な条件が消えた後に、どれだけ賢く振る舞えるかにあります。