فناوری NVME چیست و در حافظه های ssd چه کاربردی دارد؟

مقدمه

فناوری(Non-Volatile Memory Express)  NVMe در سال ۲۰۱۱ برای رفع تنگناهای و مشکلات مختلف رابط SATA و پروتکل‌های ارتباطی معرفی شد. این فناوری از گذرگاه PCIe به‌جای گذرگاه SATA برای استفاده حداکثری از پتانسیل پهنای باند عظیم برای دستگاه‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌کند.

 آیا فناوری NVME ارزش هزینه و ارتقاء را دارد؟

جوابِ کوتاه و مختصر (بلی) است. در ادامه ۶ دلیل را برای اثبات این ادعا ذکر می‌کنیم:

۱- افزایش سرعت

در مقایسه با هارددیسک‌ها (درایوهای دیسک سخت)، SSD ها (درایوهای حالت‌جامد) در حال حاضر در سطح بسیار پیشرفته‌تری از سرعت خواندن و نوشتن هستند. اما هنگام استفاده از یک رابط NVMe حتی سریع‌تر می‌شوند. SSD های NVMe رده‌بالا، مانند ،قادرند با سرعت 7000 مگابایت بر ثانیه اطلاعات را ردوبدل کنند که دوازده برابر سریع‌تر از همتای مبتنی بر SATA آن‌ها است. افزایش سرعت خواندن و نوشتن درایو NVMe با بهبود زمان بارگذاری فایل و راه‌اندازی به رایانه شما کمک می‌کند.

۲- عملکرد بهبودیافته

SSD های NVMe در مقایسه با درایوهای SATA، ۲۵ برابر بیشتر داده را ردوبدل می‌کنند. ارتقاء به درایو NVMe هرگونه تنگنا و مشکل ذخیره‌سازی را از بین می‌برد و گردش کار کلی رایانه شما را بهبود می‌بخشد.

۳- بهره‌وری در مصرف انرژی

SSD های NVMe در حالت آماده‌به‌کار(Standby mode) مصرف انرژی پایینی دارند که باعث می‌شود بهره‌وری مصرف انرژی آن‌ها بیشتر شود.

۴-سازگاری پیشرفته

شما نیازی به نگرانی در مورد سازگاری نخواهید داشت، زیرا SSD های NVMe با تمام سیستم‌عامل‌ها و سیستم‌های اصلی منتشرشده پس از سال 2015 از طریق ارتباط مستقیم با CPU از طریق گذرگاه PCIe کار می‌کنند. اکثر SSD های NVMe از فرم فاکتور M.2 نیز استفاده می‌کنند که آن‌ها را با لپ‌تاپ‌ها و مینی پی سی ها سازگار می‌کند.

۵- مزایای بازی

رایانه بازی نیز از مزایای ارتقاء به NVMe SSD بهره‌مند خواهد شد. شما متوجه زمان بوت شدن و بارگذاری بازی سریع‌تر و کاهش زمان نصب خواهید شد. علاوه بر این، فناوری NVMe با فریمهای جدید و افزایش‌یافته آخرین و به‌روزترین بازی‌ها نیز سازگار خواهد بود.

۶- سازگاری با PS5

اگر رایانه شخصی ندارید، جای نگرانی نیست، همه دلایل ذکرشده در بالا همچنان برای ارتقای حافظه PS5 شما معتبر هستند.

مقایسه فناوری NVME با SATA

 پروتکل NVMe از مسیرهای داده موازی و با تأخیر کم به رسانه‌های زیربنایی، مانند معماری‌های پردازنده با کارایی بالا، استفاده می‌کند. این قابلیت باعث می‌شود که این فناوری نسبت به پروتکل‌های SAS و SATA عملکرد بسیار بالاتر و تأخیر کمتری را ارائه دهد.

 گذرگاه‌های داده، داده‌ها را درون یک سیستم انتقال می‌دهند. هنگامی‌که SSD های مبتنی بر NAND برای اولین بار عرضه شدند، وجود یک پروتکل جدید برای صنعت روشن و ضروری بود.

 اولین حافظه‌های SSD نسبتاً کند بودند که استفاده از زیرساخت ذخیره‌سازی SATA موجود را راحت می‌کرد. اگرچه گذرگاه SATA به 16 گیگابایت در ثانیه تکامل‌یافته است، تقریباً تمام پیاده‌سازی‌های تجاری گذرگاه SATA   ۶گیگابایت بر ثانیه باقی‌مانده است.

 توان کل PCIe 3.0  معادل 16Gbps است درحالی‌که توان PCIe 4.0 دو برابر PCIe 3.0 است و تا 16 خط را پشتیبانی می‌کند و می‌تواند داده‌ها را تا 32000 مگابایت بر ثانیه انتقال دهد درحالی‌که SATA III فقط تا 600 مگابایت بر ثانیه انتقال می‌دهد.

 ذخیره‌سازی PCIe چند سال قبل از NVMe آمد، اما ازآنجایی‌که راه‌حل‌های قبلی توسط پروتکل‌های انتقال داده قدیمی‌تر مانند SATA و AHCI با استقبال مواجه بودند، تا سال‌های اخیر امکان بروز و ظهور پیدا نمی‌کرد و امکان استفاده از پتانسیل آن به‌طور کامل فراهم نمی‌شد.

 NVMe راه‌حلی برای تنگناها بود و محدودیت‌ها را با ارائه دستورات کم تأخیر و صف‌های  64kحذف می‌کرد. صف‌های متعدد امکان انتقال سریع‌تر داده‌ها را فراهم می‌کنند، زیرا داده‌ها به‌جای نوشتن روی دیسک‌های در حال چرخش مانند دیسک‌های سخت، با استفاده از تراشه‌ها و بلوک‌ها به‌صورت پراکنده روی SSD نوشته می‌شوند.

مقایسه درایورهای ارتباطی NVME و AHCI

رابط کنترل‌کننده میزبان پیشرفته (AHCI) یک حالت ارتباطی است که در حدود سال 2004 برای بهبود عملکرد و کارایی ابزارهای ذخیره‌سازی متصل به SATA طراحی‌شده است. این برای HDD طراحی‌شده بود و یک صف درخواست ذخیره‌سازی با عمق حداکثر 32 دستور را معرفی کرد.

این بدان معناست که هارددیسک‌ها می‌توانند به توان عملیاتی و عملکرد بالاتری دست یابند، اما پیاده‌سازی آن در آینده به یک تنگنا و مشکل برای فناوری کنترلرهای SSD تبدیل خواهد شد. برای مثال، هارد دیسک‌ها می‌توانند تا 200 عملیات ورودی/خروجی در ثانیه (IOPS) را انجام دهند، درحالی‌که SSD‌های مبتنی بر SATA می‌توانند به 100000 IOPS برسند و این یعنی توسط گذرگاه SATA محدودیت عملکرد داشته باشند.

درایورهای ارتباطی توسط سیستم‌عامل‌ها برای برقراری ارتباط داده‌ها با دستگاه‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌شوند. درایورهای NVMe سریع‌تر از درایورهای AHCI هستند که معمولاً در رابط‌های SATA یافت می‌شوند.

NVMe به‌طور خاص برای حافظه‌های SSD با فناوری فلش طراحی‌شده است و سرعت آن را نسبت به درایورهای AHCI که برای هارددیسک‌های معمولی با فناوری دیسک چرخان طراحی‌شده‌اند، بیشتر می‌کند.

NVMe می‌تواند از چندین صف ورودی/خروجی، تا ۶۴ کیلوبایت پشتیبانی کند که هر صف دارای ورودی  ۶۴ کیلوبایت است. این قابلیت به وظایف ورودی/خروجی اجازه می‌دهد تا داده‌های بیشتری را سریع‌تر از مدل‌های ذخیره‌سازی قدیمی‌تر با استفاده از درایورهای قدیمی مانند AHCI (رابط کنترل‌کننده میزبان پیشرفته) منتقل کنند.

با درایورهای AHCI، دستورات از چرخه‌های CPU بالا با تأخیر 6 میکروثانیه استفاده می‌کنند درحالی‌که دستورات درایور NVMe از چرخه‌های پایین CPU با تأخیر 2.8 میکروثانیه استفاده می‌کنند.

درایور NVMe مستقیماً با CPU سیستم ارتباط برقرار می‌کند اما AHCI باید با کنترلر SATA ارتباط برقرار کند.

IOPS (عملیات ورودی/خروجی در ثانیه، i-ops تلفظ می‌شود) یک اندازه‌گیری عملکرد رایج است که برای محک زدن دستگاه‌های ذخیره‌سازی رایانه استفاده می‌شود.

AHCI دارای IOPS (عملیات ورودی/خروجی در هر ثانیه) تا 100K است درحالی‌که NVMe دارای IOPS بیش از 1 میلیون است.

فرم فاکتورهای ssd دارای فناوری nvme

SSD های NVMe در فرم فاکتورهای مختلفی تولید می‌شوند که بسته به کاربرد، نسخه‌های خاصی موردنیاز است.

محصولات شخصی/مشتری از فرم فاکتورهای BGA و M.2 استفاده می‌کنند.

برنامه‌های مرکز داده/سرور از فرم فاکتورهای M.2، U.2، U.3 و EDSFF استفاده می‌کنند.

EDSFF (SSD Form Factor Enterprise and Data Center) برای ارائه طیف پویا از فاکتورهای فرم و استانداردهایی که پروتکل یکسان (NVMe)، رابط یکسان (PCIe) را به اشتراک می‌گذارند.