مقایسهٔ NVMe و SSD: سرعت، ظرفیت و اشتباهاتی که نباید کرد!

مقایسهٔ NVMe و SSD: سرعت، ظرفیت و اشتباهاتی که نباید کرد!

۱۳۹۹/۱۱/۰۱0173
مقایسهٔ NVMe و SSD: سرعت، ظرفیت و اشتباهاتی که نباید کرد!

SSD‌ها حافظه‌های ذخیره سازی غیر فرار هستند که داده‌های دائمی را در حافظه‌‌ای از نوع فلش ذخیره سازی می‌کنند. اجزای اصلی این نوع حافظه را فلش مموری NAND و فلش کنترلر تشکیل می‌دهند. فلش کنترلر به گونه‌ای بهینه سازی شده تا سرعت بسیار بالایی را در هنگام دسترسی تصادفی و یا پی در پی به داده‌ها ایجاد کند. SSDها بر خلاف هارد دیسک‌ها(HDD) هیچ گونه اجزای مکانیکی، چرخشی یا آهنربایی ندارند و در نتیجه خرابی و استهلاک بخصوصی در آنها دیده نمی‌شود و کارایی بسیار بالاتری ارائه می‌دهند. در گذشته‌ حافظه‌های SSD قیمت بالاتری نسبت به هارد دیسک‌ داشتند. اما پس از بهینه‌سازی‌ در تکنولوژی و افزایش ظرفیت تولید چیپ‌، قیمت‌ آنها به مراتب پایین‌تر آمد و در حال حاضر، با توجه به سرعت و کارایی بالاتر و کاهش قیمت، خرید این نوع حافظه از نظر اقتصادی به صرفه است.
حافظه‌های SSD با سرعت انتقال داده‌ٔ بسیار بالا، تاخیر پایین در دسترسی تصادفی داده، سر و صدای اضافی تولید نمی‌کنند اما با وجود دوام بالاتری که دارند مناسب استفاده‌ به صورت ذخیره‌ سازی سلسله‌مراتبی نیستند. این حافظه‌ها در استفاده‌ٔ روزمره، عملا سرعت کامپیوتر‌ها را دوچندان می‌کنند. به طوری که حتی فرایند روشن و خاموش کردن سیستم هم، با سرعت به مراتب بالاتری انجام می‌شود. با استفاده از این نوع حافظه، اجرای اولیه‌ٔ نرم افزار‌ها به مراتب سریع‌تر بوده و هیچ گونه وقفه و گیر و به اصطلاح لَگی در کار سیستم ایجاد نمی‌شود. با توصیف سرعت و کارایی متمایز این گونه از حافظه‌ها، حق مطلب آنطور که باید ادا نمی‌شود. تنها کافیست یکبار از این فناوری استفاده کنید تا از توانایی بالایشان در کار‌های سنگین و چابکی کامپیوتر خود شگفت‌زده شوید.
پیش از ظهور حافظه‌های ذخیره سازی SSD حافظه‌‌های قدیمی باعث ایجاد گلوگاه یا اصطلاحا «Bottleneck» در سیستم می‌شدند و تنها پس از اختراع SSDها و حافظه‌های NVMe بود که این مشکل برطرف شد. این حافظه‌های ذخیره سازی بر پایه‌ی NAND فلش، کارایی و سرعت ورودی و خروجی داده را افزایش دادند و بدین ترتیب، زمان دسترسی به داده از ۶ تا ۱۲ میلی ثانیه به کمتر از ۱ میلی ثانیه کاهش پیدا کرد. با این وجود، قدیمی بودن نرم افزار‌ها و طراحی آنها بر اساس حافظه‌های HDD در پنج دهه‌ٔ گذشته، رسیدن به تاخیر کمتر از ۱ میلی ثانیه را عملا غیر ممکن می‌کرد. تا بحال انواع مختلفی از حافظه‌های SSD در رقابت با یکدیگر به بازار آمده و توانایی بالای این نوع حافظه‌‌ها را به واقعیت تبدیل کرده‌اند.

SATA SSD چیست؟

فناوری Serial ATA یا به اصطلاح SATA در سال ۲۰۰۳ معرفی و به عنوان اینترفیس استاندارد جدید برای اتصال حافظه‌ جایگزین Parallel ATA یا PATA شد. این اینترفیس جدید، به عنوان کانکتور قابل استفاده در تمامی دستگاه‌های جدید معرفی شد و با یک کابل برق و یک کابل SATA افزایش چشمگیر سرعت انتقال داده و کاهش تاخیر دسترسی را فراهم کرد. SATA با استفاده از پروتکل AHCI از IDE که قبلا در هارد دیسک‌های قدیمی استفاده می‌شد، هم پشتیبانی می‌کند.
هنوز که هنوز است، در بحث فضای ذخیره سازی، هارد دیسک‌ها بابت هزینه‌ٔ کمتر به ازای هر گیگابایت و همچنین نگهداری طولانی‌تر داده‌ها، بطور کلی برتر از SSD ها به شمار می‌روند.

سازگاری سخت‌افزاری SATA SSD

اینترفیس SATA در زمان تولید هارد دیسک‌ها معرفی شده و کمپانی‌های سازنده، تغییری در سازگاری آن ایجاد نکرده‌اند. با این‌ وجود حافظه‌های SSD می‌توانند از زیرساخت این اینترفیس استفاده کنند و به راحتی جایگزین هارد دیسک‌های قدیمی شوند. از سویی دیگر حافظه‌های جدید NVMe با SATA سازگاری نداشته و نیازمند پورت جدید M.2 هستند که در اغلب کامپیوتر‌ها و لپتاپ‌ها وجود ندارد.

سرعت و کارایی SATA

در تئوری سرعت SATA 3.0 معادل ۷۵۰ مگابایت بر ثانیه است. اما به دلیل پردازش‌های کامپیوتری و رمزگذاری داده، سرعت موثر این پورت در آخرین نسخه به میزان ۶۰۰ مگابایت بر ثانیه می‌رسد که برای این اینترفیس، سرعت بسیار بالایی به نظر می‌رسد.

صرفه‌ٔ اقتصادی SATA SSD

از نظر هزینه به ازای هر گیگابایت، تفاوت بسیاری بین SATA و PCIe SSD وجود دارد. اما حافظه‌های SATA به ازای هزینه‌ٔ یکسان حافظه‌ی بیشتری در اختیار کاربر قرار می‌دهند و اکثر افراد، بزرگی حافظه را به میزان سرعت ترجیح می‌دهند. SATA SSD با ظرفیت‌های ۱ و ۲ ترابایت، قیمت تقریبا یکسانی با NVMe در ظرفیت‌های ۲۵۰ و ۵۰۰ گیگابایت دارد. اما سرعت بسیار بالاتر درایو‌های NVMe برای بیشتر کاربران عادی محسوس نیست.

در SATA SSD از انجام این اشتباهات خودداری کنید!

۱٫ Defragmentation برای SSD ها به منزله‌ی مرگ تدریجی این نوع حافظه‌‌ی ذخیره سازی است و به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود. این نوع حافظه داده را به صورت بلوک‌هایی ذخیره می‌کند و می‌تواند به صورت تصادفی یا پی در پی به آن‌ها دسترسی داشته باشد.
۲٫ حافظه‌های SSD را نباید تا حداکثر ظرفیت آن پر کرد. این نوع حافظه باید حداقل ۲۵ درصد فضای خالی داشته باشد تا دچار افت کارایی و کاهش سرعت نوشتن نشود.
۳٫ SSDهای مدرن با مکانیزم زباله روبی( Garbage Collection Mechanism) عرضه می‌شوند. فعال شدن فرمان TRIM با توجه به سیستم عامل مورد استفاده باید بررسی شود و ممکن است منجر به اشغال فضای اضافی توسط داده‌های ناخواسته شود.

NVMe SSD چیست؟

حافظه‌های سریع (NVMe (Non-Volatile Memory Express جدید‌ترین اینترفیس نرم‌افزاری استاندارد صنعتی برای حافظه‌های SSD PCIe هستند و رسما به عنوان یک اینترفیس کنترلرِ مقیاسپذیر معرفی شده‌اند تا از آنها در دیتاسنتر‌ها، صنایع و سیستم‌های بر پایه‌ٔ SSD PCIe استفاده شود. NVMe لایهٔ میانی درایور و دیوایس PCIe است که قوانین را با تاکید بر قابلیت ارتقای ظرفیت (مقیاس‌پذیری)، تاخیر کم و امنیت بالا، استانداردسازی کرده است.

این استاندارد برای استفاده از پتانسیل حداکثری حافظه‌های SSD مدرن با سرعت بسیار بالای خواندن و نوشتن طراحی شده است. NVMe SSD دسترسی مستقیم به باس PCIe دارد و به واسطهٔ‌ پهنای باند بالای این اینترفیس، که به صورت مستقیم با CPU ارتباط دارد، سرعت بسیار بالاتری نسبت به پورت SATA در اختیار می‌گذارد. به دلیل سرعت بالای SSDهای جدید نسبت به هارد دیسک‌ها، این اینترفیس بهره برداری از سرعت و توانایی بالای حافظه‌های فلش NAND را ممکن ساخته است.

به عبارت دیگر NVMe نوع جدیدی از حافظه‌ٔ ذخیره‌ سازی نیست. بلکه ترسیمی تکنولوژیک از باس PCIe است که کامپوننت‌های حافظه‌ی SSD از آن برای ارتباط با کامپیوتر استفاده می‌کنند. رابط این اینترفیس و درایور مجموعه ویژگی‌ها و دستورات مختص PCIe را نمایان می‌سازد. این اینترفیس جدید با دو فرم فاکتور M.2 یا کارت PCIe و کانکتور U.2 برای درایو‌های ۲٫۵ اینچ عرضه شده که هر دو از طریق PCIe به صورت مستقیم با مادربرد ارتباط دارند.

حافظه‌‌های NVMe تا ۶۴ هزار دستور را در هر دسته یا صف پشتیبانی می‌کند که با توجه به پروتکل مربوطه برای حداکثر کارایی تنها به ۱۳ دستور نیاز دارد. این اینترفیس قابلیت ارتقا یا به قولی مقیاسپذیری بالایی داشته و می‌تواند بدون وابستگی به NVM در کمتر از ۱۰ میکروثانیه، ۴ کیلوبایت را در ورودی و خروجی در دسترس قرار دهد. فرایندی که تاخیر آن تنها یک‌هزارم تاخیر هارد دیسک‌های قدرتمند ۷۲۰۰ دور است.

در اینکه اینترفیس NVMe در قیاس با SATA و SAS بهبود زیادی داشته‌ شکی نیست. اما دو اینترفیس قدیمی‌تر که بر اساس هارد‌دیسک‌های کند و سنگین گذشته شکل گرفته‌اند، با وجود حضور پررنگ SSD های ۲٫۵ اینچی و پیشرفت فوق‌العاده سریع فناوری‌های ذخیره‌سازی هنوز هم قابل استفاده هستند. اینکه اینترفیس NVMe، آنطور که باید مورد توجه واقع نشده دلیل واضحی دارد. با وجودیکه سال‌ها از ورود حافظه‌های فلش به بازار تلفن‌ها و تبلت‌های هوشمند و دستگاه‌های قابل حمل می‌گذرد، ارزان بودن و حجم‌ بالای هارد دیسک‌ها، محبوبیتشان را کماکان تضمین می‌کند. با این تفاسیر، حافظه‌های فلش با کاهش قیمت و به لطف سرعت‌‌های فوق‌العاده بالایی که ارائه می‌دهند، به شکلی روزافزون محبوبیت بیشتری در بازار کامپیوتر پیدا می‌کنند.

با وجودیکه بنچمارک‌های حافظه نمی توانند عیار چندان دقیقی از کارایی انواع حافظه‌ها در اختیار بگذارند، می‌توانند درکی کلی و مقدماتی را نسبت به پتانسیل‌ یک درایو یا سیستم خاص ارائه دهند. با استفاده از فناوری NVMe به تمایز کاملا محسوس سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات با هارد دیسک‌ها و حتی SSD SATAهای کندتر و تا حدودی قدیمی‌تر پی می‌بریم. خوشبختانه قیمت‌ها هر روزه در حال کاهشند و استفاده از این اینترفیس فوق‌ سریع را برای کاربرهای عادی و صاحبان کامپیوترهای خانگی مقرون به صرفه می‌کنند.

اینترفیس NVMe امکان برقراری ارتباط با رابط PCIe را ممکن ساخته، بهبود‌ها و مزایای بسیاری نسبت به SSD SATA دارد و در بسیاری از سناریو‌ها قابل بهره‌برداری است. NVMe بدون دخالت آداپتور باس HBA به پورت‌های PCIe بیشتری دسترسی دارد و با برخورداری از یک مسیر SAS با ظرفیت ۱۲ گیگابایت بر ثانیه، سرعت کلی ۱ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌کند. سرعت SATA نصف این میزان بوده و پهنای باندش برای یک لاین PCIe نسل سومی، فقط ۱ گیگابایت بر ثانیه است. در حالیکه هر حافظه‌ٔ NVMe چهار مسیر در اختیار دارد و سرعتش به ۴ گیگابایت بر ثانیه می‌رسد. در نسل چهارم PCIe سرعت هر لاین دو برابر شده و با یک محاسبه‌ٔ ساده می‌توان به سرعت فوق‌العادهٔ NVMe ها پی برد.

سرعت NVMe SSD

درایو‌های NVMe بدون محدودیت‌های ATA و از طریق PCIe مستقیما با CPU در ارتباط هستند. به همین دلیل سرعت عملیات ورودی و خروجی آنها بر ثانیه (IOPs) تا ۴ برابر بیشتر سریعترین SAS‌ موجود است. این اینترفیس تا ۱۰ برابر سرعت دسترسی به داده را افزایش داده و سرعت خواندن و نوشتنی تا ۲۰۰۰ مگابایت در ثانیه فراهم می‌کند. حالا شما این سرعت را با ۶۰۰ مگابایت بر ثانیهٔ SATA SSD مقایسه کنید. راز سرعت‌ بیشتر در فناوری NAND خلاصه شده که هنوز هم جای کار دارد و خوشبختانه با شتاب قابل ملاحظه‌ای در حال پیشرفت است تا در آینده‌ای نه چندان دور، سرعت‌های به مراتب بیشتری را میسر کند.

کارایی NVMe SSD

فناوری NVMe امکان دسترسی مشترک درایوها را به مسیرهای متصل به CPU فراهم می‌کند و با بالا بردن قابلیت ارتقا و اصطلاحا مقیاسپذیری سیستم، فراتر از مسیر‌های چهارگانهٔ اکثر PCIe SSDهای مرسوم عمل کرده و سرعت و کارایی متمایزی به نمایش می‌گذارد. قابل ذکر است که سوکت‌های PCIe نسبت به سوکت‌های SATA محور، ۲۵ برابر دادهٔ بیشتری را در یک زمان مشخص جابجا می‌کنند.

مصرف بهینه NVMe SSD

درایو‌های NVMe در حالت استندبای یا آماده به کار مصرف برق بسیار پایینی دارند. بسیاری از شرکت‌های سازنده از حالت کم مصرف L1.2 استفاده می‌کنند که میزان مصرف برق را در حالت آماده به کار به ۲ میلی وات کاهش می‌دهد که تا ۹۷ درصد کمتر از حالت L1 است. برای کاربران صنایع مختلف هم حالت‌های جایگزینی جهت کاهش مصرف در حالت استندبای ارائه شده است.

سازگاری NVMe SSD

NVMe مستقل از فُرم-فاکتور یا قالب ظاهری سخت‌افزار مورد نظر، مستقیما با CPU در ارتباط است و با تمامی سیستم‌عامل‌های اصلی کار می‌کند.

امنیت NVMe SSD

حافظه‌های NVMe SSD با پشتیبانی از فرمان‌های امنیتی مشابه SCSI از راهکارهای استاندار‌دی نظیر Opal SSc و Enterprise SSC از شرکت Trusted Computing Group پشتیبانی می‌کنند.

در NVMe SSD از انجام این اشتباهات خودداری کنید!

۱٫ به یاد داشته باشید که NVMe تنها اینترفیس ارتباطی و پروتکل ذخیره‌سازی است و دیوایس ذخیره سازی محسوب نمی‌شود.

۲٫ این گونه‌ از SSD ها می‌توانند نقش حافظه‌ٔ Cache را برای درایوهای بزرگتر و حجیم‌تری که در دیتا سنترها استفاده می‌شوند ایفا کنند و به این ترتیب، در کنار برخورداری از سرعت بالا، صرفه‌ جویی قابل توجهی در هزینه‌ها ایجاد کنند.
۳٫ این درایو‌ها را از روی قیمت قضاوت نکنید و مطمئن باشید که پایداری I/O، کیفیت خدمات و طول عمر آنها تمام این هزینه‌ها را جبران خواهد کرد.
۴٫ پیش از هزینه کردن برای این درایوها، میزان هزینه به دستاورد آنها را با توجه به نیازهای بخصوص خود و نرم‌افزاری که با آن کار می‌کنید در نظر بگیرید.
۵٫ حافظه‌های NVMe را در سیستم‌هایی که بر اساس معماری فناوری فلش عادی چیدمان شده‌اند استفاده نکنید چرا که با اینکار، توانایی آنها را در عملیات ورودی و خروجی فوق‌ سریع و تاخیر فوق‌العاده پایین، کمرنگ کرده‌اید.

تکنولوژی ذخیره سازی و دنیای حافظه‌ها پیشرفت‌های چشمگیری در دهه‌ٔ گذشته داشته است. پیش‌ از ظهور حافظه‌های SSD، هارد دیسک‌های کُند و سنگین، تنها گزینهٔ موجود برای ذخیره‌سازی بودند و در دوران خودشان، با توجه به توانایی سایر اجزای کامپیوتر مناسب به نظر می‌رسیدند. تا اینکه حافظه‌های جدید از راه رسیدند و تحول تازه‌ای در عملکرد، سرعت و سهولت استفاده از فضاهای ذخیره‌سازی ایجاد کردند.
پتانسیل و کارایی فوق‌العادهٔ حافظه‌های NAND-based SSD نیاز به تحول فناوری باس و ایجاد پروتکل‌های جدید را پررنگ کرد و فرایند کنار گذاشتن هارد دیسک‌ها یا HHDهای کُند و حتی SSDهای ساتامحور را تسریع نمود. SATA SSDهای اولیه‌ که نه سرعت چندان بالایی داشتند و نه مانند SSDهای امروزی از حجم فیزیکی بهینه‌ای برخوردار بودند و استفاده از همان تکنولوژی قدیمی موجود را امری منطقی جلوه می‌دادند.

نوشتن دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *