همه چیز در مورد فضای ذخیره سازی NVMe که شما باید بدانید

همه چیز در مورد فضای ذخیره سازی NVMe که شما باید بدانید

سرعت بسیار بالای‌ حافظه‌ NVMe SSD موجب محبوبیت بسیار زیاد آن‌ شده است. اما حافظه NVMe SSD چیست؟
NVMe یک استاندارد ارتباطی است که مخصوص SSD می باشد و توسط کنسرسیومی از فروشندگان از جمله Intel، Samsung، SanDisk، Dell و Seagate توسعه پیدا کرده است.

 

این پروتکل در حقیقت استفاده از باس PCIe را برای حافظه‌های SSD ممکن می‌سازد که این کار به درایوها اجازه می دهد تا نسبت به مدل های دیگر سرعت بیشتری داشته باشند.

استفاده از پروتکل NVMe باعث بهبود سرعت I/O ‌های خواندن و نوشتن می‌شود. همچنین در این حافظه‌ها زمان تأخیر به ‌شدت کاهش پیدا می‌کند و همچنین امکان بررسی چندین فرمان همزمان را بهبود میبخشد و سریعتر می کند.

 

تاریخچه هاردهای NVMe:

حتما با هاردهایSSD  آشنایی دارید که با سرعت بالای خود در حال درخشش بودند و با سرعتی بیش از ۵۱۱% نسبت به هارد های  SATA  به پیشتازی می پرداختند اما بدلیل درگاه اتصال SATA این هارد های SSD از تمام پتانسیل خود بره نمی بردند تا اینکه شرکت INTEL با درک این موضوع با کمک ۹۰ شرکت دیگر به دنبال راه حل افتاد.

هارد های NVMe نوعی هارد های حالت جامد SSD می باشند که با درگاهPCIe/NVMe  این معضل را رفع کردند تا در نهایت به پتانسیل مورد نظر خود برسند.

سقف عملکرد تقریبی برای سه فناوری ذخیره سازی اصلی در حال حاضر:

 

 

HDD = 200 MBps

SATA SSD = 550 MBps

NVMe SSD = 3 GBps

 

زمان تاخیر (Delay)

 

HD = 2-5 ms

SATA SSD = 0.2 ms

NVMe SSD = 0.02 ms

 

با تخصیص مسیرهای بیشتر برای پردازش یک درخواست I/O نسبت به SCSI و ATA ، نیاز NVMe به پردازنده‌ی مرکزی کمتر می‌شودNVMe  از ۶۴ هزار فرمان در یک ردیف پیام و ۶۵۵۳۵ ردیف I/O پشتیبانی می‌کند. برای مقایسه می‌توان به این نکته اشاره کرد که دستگاه مبتنی بر SAS به حالت عادی حداکثر ۲۵۶ فرمان و یک حافظه SATA نیز حداکثر ۳۲ فرمان را در یک ردیف پشتیبانی می‌کند.

نمی‌توان پیشرفت‌های تولیدکنندگان پردازنده و کارت‌های گرافیک را در دهه‌ی اخیر انکار کرد؛ اما علت اصلی افزایش سرعت لپ‌تاپ‌ها در نسل‌های کنونی، حافظه‌هایSSD  هستند. برای سال‌های متمادی، ضعف در سرعت ذخیره‌سازی یکی از علت‌های اصلی کند بودن رایانه‌های شخصی بوده است و بالارفتن تعداد هسته‌های پردازشی یا فرکانس پردازنده نیز کمکی به سریع‌تر شدن سیستم‌ها نمی‌کرد. حافظه‌های مکانیکی درحال تلف کردن پتانسیل پردازنده‌ها و کارت‌های گرافیک بودند و افزایش سرعت چرخش آن‌ها نیز ثمربخش نبود. در نهایت  SSDها توانستند خلاء ایجادشده میان قدرت پردازنده و سرعت حافظه را پر کنند. اکنون در تمامی سیستم‌های قدرتمند از جمله رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌های مخصوص بازی، ویرایش ویدئو و تولید محتوای گرافیکی شاهد استفاده از نوع جدید حافظه‌ها هستیم.

نتایجی که در جدول زیر مشاهده می‌کنید به‌خوبی تفاوت دو نوع NVMe در کلاس‌های مختلف، تفاوت SATA و NVMe و تفاوت بین هارددیسک‌ها و حافظه‌های SSD را مشخص می‌کنند:


مدل حافظه / خواندن و نوشتن (MB/s)


ظرفیت


نوع حافظه


Seq Q32T1


4K Q32T1


 Seq


 4K


Samsung 970 Pro


512 گیگابایت


NVMe SSD


3535
2300


418
328.9


2574
2124


54.95
131.4


Lexar NS200


240 گیگابایت


SATA SSD


568.8
516.7


311.1
292.8


533.9
476.3


33.4
88.98


ADATA XPG SX6000 Lite


512 گیگابایت


NVMe SSD


1742
1240


422.9
379.9


1736
1208


48.58
114.8


Western Digital WD10EZEX


 1 ترابایت


HDD 7200 RPM


164.2
159.5


0.943
1.311


163.8
159.1


0.300
1.303

 

 

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، SSD‌های NVMe سرعت بسیار بیشتری در تست ‌ها نسبت به نمونه‌های SATA داشتندSamsung 970 Pro  یک حافظه‌ی NVMe بالارده و ADATA XPG SX6000 Lite یک حافظه NVMe اقتصادی است و با وجود اینکه هر دو از NVMe 1.3 بهره می‌برند، تفاوت سرعتی زیادی در آن‌ها دیده می‌شود. البته ممکن است محصولاتی از هر سه نوع حافظه وجود داشته باشند که عملکردی بهتر یا پایین‌تر از سطح گفته‌شده داشته باشند، اما مقادیر ذکرشده در جدول‌های فوق، به‌صورت میانگین درنظر گرفته شده است.

 


حافظه ذخیره‌سازی / سرعت خواندن اطلاعات (نوشتن اطلاعات)


نوع


ترتیبی برحسب مگابایت‌برثانیه


 4KB Random Single IOPS


Samsung 970 Pro


NVMe SSD


2078 (2795)


(41078) 14014


Lexar NS200


SATA SSD


(478) 523


(24820) 8577


Samsung 970 Evo Plus

NVMe SSD


(2447) 2706


(41736) 15082


ٰWestern Digital WD10EZEX

HDD 7200 RPM


(142.5) 143.5


(314) 59

 

 

بدون شک اگر نموداری از میزان پیشرفت حافظه‌ها در ۱۰ سال اخیر رسم شود، می‌تواند پیشرفت‌های صورت ‌گرفته در حوزه‌ی پردازش رایانه‌های شخصی را کم ‌رنگ کند. اما سرعت پایین‌تر موجب نشده است که نسل‌های قدیمی از جملهHDD  حذف شوند. این نوع حافظه ‌ها هم‌ چنان برای ذخیره‌ سازی انبوه اطلاعات گزینه ‌ی مناسب ‌تری به ‌شمار می‌روند زیرا به‌ نسبت حافظه ‌های SSD، قیمت بسیار کمتری دارند و در حجم‌های زیاد، این فاصله بسیار محسوس ‌تر می‌شود. اما بهتر است سیستم‌ های عامل، برنامه ‌ها و داده ‌های پراستفاده روی حافظه‌های NVMe SSD یا در صورت عدم دسترسی روی SATA SSD قرار گیرند تا سرعت سیستم افزایش پیدا کند.

اگرچه درگاه SATA توانسته است در نسخه ۳.۳ خود به سرعت ۱۶ گیگابیت ‌برثانیه دست پیدا کند، اما بیشتر درگاه‌های تجاری موجود در رایانه‌ها از ظرفیت اسمی ۶ گیگابیت‌ برثانیه فراتر نمی‌روند و در عملکرد واقعی نیز سرعت آن‌ها به ‌سختی به ۵۵۰ مگابایت بر ثانیه می‌رسد. حتی نسخه ۳.۳ این فناوری بسیار کندتر از پتانسیل حافظه‌ های SSD امروزی است. مخصوصاً اگر در پیکربندی RAID  از آن‌ها استفاده شود.

در قدم بعدی، استفاده از فناوری PCI Express  در دستور کار بسیاری از سازندگان قرار گرفت که به ‌صورت پیش ‌فرض در رایانه ‌ها برای انتقال داده‌های مربوط به کارت گرافیک وجود داشت. این فناوری از نسل سوم به بعد قابلیت استفاده از چندین مسیر (Lane)  را تا حداکثر مقدار ۱۶ عدد فراهم می‌کند که هر یک از آن‌ها می‌توانند حدود ۱ گیگابایت (به ‌طور دقیق ۹۸۵ مگابایت) داده را در هر ثانیه منتقل کنند.

 PCIe به ‌عنوان عامل اصلی پیدایش رابط تاندربولت نیز شناخته می‌شود. این رابط اکنون گزینه‌‌ی اصلی برای اتصال کارت‌های گرافیک اکسترنال مخصوص بازی به رایانه‌ها است. همچنین حافظه‌های اکسترنال NVMe از رابط گفته ‌شده استفاده می‌کنند که موجب می‌شود سرعت آن‌ها تقریبا همانند حافظه‌های داخلی باشد. اکنون بسیاری از کاربران متوجه می‌شوند که اقدام اینتل در جلوگیری از فراموش شدن Thunderbolt چگونه ثمربخش بوده است.

اگرچه ظهور PCIe  به چندسال قبل از پیدایش استاندارد NVMe برمی‌گردد، اما استفاده از آن برای ذخیره‌ سازی اطلاعات چندان متداول نبوده است. پروتکل‌های قبلی مورد استفاده دراین ‌زمینه مانند SCSI و AHCI همگی در دوران اوج و سلطنت حافظه‌ های مکانیکی توسعه یافته بودند و به‌همین دلیل چندان با ویژگی‌های پیشرفته‌ ی SSD ها سازگاری نداشتند. درنهایت NVMe توانست با ارائه‌ ی قابلیت‌های بسیاری از جمله کم کردن تأخیر در اجرای فرمان‌ها و افزایش ظرفیت اجرای آن‌ها به ‌مقدار ۶۴ هزار عدد، محدودیت‌های استانداردهای قبلی را از میان بردارد.

قابلیت ذکرشده در حافظه ‌های اس اس دی اهمیت بسیار زیادی دارد زیرا داده‌ها در این نوع محصولات به ‌صورت گسترده در واحد‌های ذخیره‌سازی ثبت می‌شوند؛ درحالی که این روند در حافظه‌های مکانیکی به ‌طور پیوسته و دایره ‌وار صورت می‌گرفت. استاندارد NVMe هم ‌چنان درحال پیشرفت است و نسل‌های جدیدتر آن درحال عرضه به بازار هستند. در نسخه‌ی ۱.۳۱ این پروتکل، قابلیت استفاده از رم کامپیوتر به‌عنوان حافظه موقت (cache) فراهم شده است.

فرم‌فکتورهای حافظه ‌های  NVMe

M.2: مرسوم‌ترین فرم‌فکتور برای حافظه‌های NVMe محسوب می‌شود که با استفاده از کانکتور آن حداکثر تا چهار لین از PCIe 3.0 یا PCIe 4.0 می‌توان استفاده کرد.

U.2: این فرم‌ فکتور با نام SFF-8639 نیز شناخته می‌شود و حداکثر از ۴ لین PCIe بهره می‌برد. چنین فرم‌ فکتوری را بیشتر در سرورهای کامپیوتری می‌توان یافت.

U.3: بر مبنای مشخصات U.2 توسعه داده شده و از کانکتور SFF-8639 بهره می‌برد. می‌توان از یک کنترلر برای ترکیب SAS، SATA و NVMe بهره برد. حافظه‌های U.3 با U.2 سازگار هستند اما امکان استفاده از حافظه U.2 در بستر U.3 فراهم نیست.

AIC: تقریبا تمام حافظه‌های NVMe اولیه از نوع HHHL AIC یا FHHL AIC بودند و از اینترفیس PCIe 2.0 و PCIe 3.0 بهره می‌بردند. یک حافظه HHHL AIC به درگاه PCIe سرور متصل می ‌شود.

چگونه از یک حافظه‌ی NVMe بهره ببریم؟

افزودن چنین حافظه ‌ای به رایانه‌ای بدون پشتیبانی از بوتNVMe ، امری بیهوده خواهد بود؛ مگر اینکه یک گیمر باشید.

امکان اضافه کردن یک حافظه از نوع NVMe به رایانه‌های دارای درگاه PCIe با خرید آداپتور وجود دارد. تمامی سیستم‌های عامل محبوب و مهم، درایورهای مخصوص برای این‌ کار را فراهم می‌کنند و بدون درنظر گرفتن سن رایانه‌ی شما، سرعت آن بدون شک افزایش پیدا می‌کند. اما این مسئله، چندان ساده نیز نخواهد بود. برای استفاده از حداکثر توان یک حافظه NVMe SSD، باید سیستم‌عامل خود را روی آن نصب کنید.

بوت شدن سیستم‌عامل از روی حافظه نیازمند پشتیبانیBIOS  از استاندارد مورد استفاده توسط حافظه است. بایوس بیشتر رایانه‌های قدیمی از چنین قابلیتی پشتیبانی نمی‌کند و به‌نظر نمی‌رسد که سازندگان قصد ارائه ‌ی به ‌روزرسانی برای افزودن قابلیت مذکور داشته باشند. به‌همین دلیل افزودن چنین حافظه‌ای به یک رایانه ‌ی بدون پشتیبانی از بوت NVMe، امری بیهوده خواهد بود؛ مگر اینکه یک گیمر باشید و بازی‌های خود را روی حافظه‌ی مذکور نصب کنید یا از نرم‌افزارهای سنگین با نیاز پردازشی بالا مثل ویرایش ویدئو با کیفیت‌های بالا مانند p2160  بهره ببرید.

بیشتر حافظه‌های NVMe SSD موجود در بازار از فرم ‌فکتور M.2 بهره می‌برند. اما داشتن درگاه M.2 به‌ معنای پشتیبانی رایانه‌ی شما از استاندارد مورد نیاز نخواهد بود. این درگاه برای پشتیبانی از USB 3.0 در کنار SATA و PCIe درنظر گرفته شده است اما نسل‌های ابتدایی آن، تنها از SATA پشتیبانی می‌کنند؛ به‌همین دلیل بهتر است قبل از خریداری حافظه‌ی جدید، اطلاعات مربوط به مادربرد خود را مطالعه کنید یا به‌صورت آنلاین از سازگاری آن با استاندارد NVMe مطمئن شوید. همچنین دقت داشته باشید که درگاه MSATA که نسل قبلی M.2 به ‌شمار می‌رود، شباهت بسیاری به آن دارد اما از قابلیت گفته ‌شده پشتیبانی نمی‌کند.

از روی ظاهر یک درگاه نمی‌توان به پشتیبانی آن از PCIe و NVMe پی برد؛ اما می‌توان از نظر ظاهری میان درگاه PCIe x2 و PCIe x4 تفاوت قائل شد که تنها مورد دوم می‌تواند از استانداردهای گفته ‌شده پشتیبانی کند. نمونه اول از کلید B شکل بهره می‌برد که موجب شده ۶ پین یا محل اتصال از بقیه جدا شوند. اصطلاح کلید به برآمدگی‌هایی در درگاه گفته می‌شود که روی فرورفتگی‌ های موجود در حافظه قرار می‌گیرند. درگاه PCIe x4 از کلید M شکل استفاده می‌کند که علاوه ‌بر برآمدگی قبلی، در طرف مخالف برآمدگی دیگری نیز دارد که پنج پین اتصال را از سایرین جدا می‌کند. البته قانون کلی برای این درگاه‌ها وجود ندارد اما بیشتر درگاه‌های دارای کلید B تنها از استاندارد SATA بهره می‌برند. امروزه درگاه‌های دارای هردو کلید B و M رایج هستند که قابلیت بهره‌ گیری از تمامی استانداردها را دارند. گاهی به درگاه‌های گفته ‌شده، نام دو سوکت و سه سوکت نیز اطلاق می‌شود.

اگر درگاه شما از نوع قدیمی‌تر بود باید از مبدل ۲۵ دلاری PCIe M.2 استفاده کنید. محصولاتی مانند M9Pe ساخت شرکت Plextor  در بازار وجود دارند که تنها پس از قرارگیری در درگاه، قابل استفاده خواهند بود و هیچ عمل اضافی برای راه‌اندازی آن‌ها نیاز نیست. همچنین به‌عنوان یک کاربر ساده، باید از خرید نسخه ۲.۵ اینچی حافظه‌های NVMe خودداری کنید زیرا نیازمند رابط SFF-8639 هستند که برای حافظه‌های کوچک طراحی شده است. این رابط دارای ۴ مسیر نسل سوم PCIe، به‌همراه ۲ پورت SATA و چندین کانال جانبی است که از درگاه‌های ۳.۳ و ۱۲ ولتی برای تأمین انرژی استفاده می‌کند. البته این رابط تنها در حافظه‌ها و سیستم‌های رده ‌بالا و سازمانی دیده می‌شود. اگر شما از دارندگان رایانه‌های نادر دارای پورت تاندربولت هستید (مانند بسیاری از مادربردهای ایسوس)، می‌توانید از این پورت برای اتصال حافظه‌ی NVMe به دستگاه خود استفاده کنید که توان بسیار بالایی را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

همه‌ی NVMe ‌ها یکسان نیستند

به‌صورت کلی هرنوع حافظه‌ی NVMe موجب سریع‌تر شدن رایانه‌ی شما می‌شود؛ اما همه‌ی آن‌ها شبیه یکدیگر نیستند. برای مثال حافظه‌ی970 Pro  ساخت سامسونگ می‌تواند فرایند خواندن اطلاعات را با سرعت ۳ گیگابایت بر ثانیه و نوشتن داده را با سرعت ۲.۵ گیگابایت در ثانیه انجام دهد درحالی که این مقادیر برای RC100 ساخت توشیبا، به‌ترتیب برابر با ۱.۲ گیگابایت بر ثانیه و ۹۰۰ مگابایت بر ثانیه است. اختلاف مدل ‌های گوناگون، هنگامی که حجم داده‌ی نوشته ‌شده بیشتر از حجم کش است، حتی می‌تواند محسوس‌ تر باشد. عامل‌های مختلفی مانند نوع کنترلر، تعداد و نوع واحد‌هایNAND  و تعداد مسیر‌های PCIe روی عملکرد حافظه تأثیر دارد. چندین مورد از تفاوت‌ها و توضیحات برخی از عوامل در ادامه شرح داده شده است:

حافظه‌های NVMe SSD دارای اتصال PCIe x4  سریع ‌تر از انواع PCIe x2 هستند.

افزایش تعداد چیپ‌هایNAND  موجب افزایش مسیر‌ها و واحدهایی می‌شود که کنترلر برای توزیع و ذخیره‌ی اطلاعات استفاده می‌کند. به‌ همین‌ دلیل حافظه‌هایی با ظرفیت کمتر معمولا نسبت به حافظه‌های حجیم ‌تر، کندتر هستند؛ حتی اگر از یک مدل باشند.

نوع چیپ‌های NAND مورد استفاده در حافظه نیز روی سرعت آن تأثیرگذار است. چیپ‌هایSLC  سریع‌تر هستند و سپس به ‌ترتیب MLC و TLC قرار می‌گیرند و در نهایت نیز نوع QLC کمترین سرعت را دارد.

در نهایت باید گفت که با استفاده از حافظه‌های NVMe SSD می‌توانید تا مدت‌ زیادی از رایانه یا لپ‌تاپ خود استفاده کنید و دیگر نیازی به تعویض قطعات یا دستگاه نخواهید داشت؛ مگر اینکه گیمر باشید یا استفاده‌های سنگین پردازشی داشته باشید. سرعت بالای این نوع حافظه‌ها موجب می‌شود تا بیشترین استفاده از توان سایر قطعات رایانه‌ی خود از جمله پردازنده و کارت گرافیک را داشته باشید.

مزایا هارد NVMe برای:

وبسایت

افزایش سرعت Read/Write باعث کاهش لود سایت های شما شده که برای بازدید کنندگان و گوگل بسیار پر اهمیت است.

دیتابیس

حضور سیستم Caching قدرتمند در هارد های NVMe باعث بهینه سازی دسترسی به دیتابیس های بزرگ می شود و سرعت را بالا خواهند برد.

اطلاعات سنگین

با استفاده از سرعت برق آسای پاسخ دهی هارد های NVMe کارهای سنگین و پرمصرف براحتی در دیتابیس و سایت شما انجام می پذیرد.

محاسبه

با رفع وقفه تکنولوژیکی پردازشات شما با حداکثر قدرت محاسبه خواهند شد و سایت شما تحت فشار به راحتی به درخواست ها پاسخ خواهد داد.

 

منبع: pcworld.com