حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
سرعت بسیار بالای حافظههای NVMe SSD موجب محبوبیت بسیار زیاد آنها شده است؛ اما تفاوت اصلی میان آنها و SATA SSD در چیست؟ این مقاله به این پرسش که حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد پاسخ میدهد.
NVMe مخفف non-volatile memory express (رابط کنترلکنندهی میزبان حافظه غیرفرار) یک اینترفیس ارتباطی برای حافظههای SSD است. این اینترفیس توسط یک کنسرسیوم متشکل از شرکتهایی همچون اینتل، سامسونگ، سندیسک، دل و سیگیت توسعه داده شده است. این پروتکل در حقیقت استفاده از باس PCIe را برای حافظههای SSD ممکن میسازد. NVM Express به نرمافزار و سختافزار میزبان این امکان را میدهد تا از حداکثر موازیسازی در SSDهای مدرن استفاده کنند.
فناوری NVMe در گذشته بهعنوان گزینهای غیرضروری اما پرکاربرد در صنعت ذخیرهسازی اطلاعات بهشمار میرفت. اکنون این قابلیت به موردی مهم تبدیل شده و خریداران رایانههای جدید بهتر است به آن توجه کنند. اگر بهتازگی رایانهای خریداری کردهاید و میخواهید سرعت آن را افزایش دهید، میتوانید با بهرهگیری از این فناوری به هدف خود دست پیدا کنید.
استفاده از پروتکل NVMe باعث بهبود سرعت I/Oهای خواندن و نوشتن میشود. همچنین در این حافظهها زمان تأخیر بهشدت کاهش پیدا میکند. فرایند بهبودیافته بررسی ردیفهای چندگانه فرامین (بهخصوص فرامین بلند) نیز سرعت و عملکرد حافظه را تا حد زیادی در این نوع فناوری بهبود میدهد. NVMe گزینهای جایگزین برای SCSI و ATA محسوب میشود که با هدف رسیدن به حداکثر ظرفیت حافظهها روانهی بازار شده است.
nvme vs sata
NAND، کنترلها و ساختار آنها در SSDها امکان رسیدن به سرعت بالا را فراهم کردند. تا زمانیکه یک فرایند و درگاه مناسب برای رسیدن به سرعتهای بالا نبود، این پتانسیلها بلااستفاده میماندند. NVMe مبتنی بر PCIe، درحقیقت موانع درگاهی برای انتقال اطلاعات را برداشته است. درحقیقت بهدلیل استفاده از رابطهای قدیمی، بسیاری از حافظههای SSD نمیتوانند به حداکثر ظرفیت خود در سرعت تبادل دادهها برسند و استاندارد جدید میتواند موجب افزایش بیش از پیش فاصلهی میان این نوع حافظهها و حافظههای مکانیکی قدیمی شود.
تاریخچه مختصر حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
اولین جزئیات و اخبار پیرامون استاندارد جدید حافظه در سال ۲۰۰۷ رسانهای شد. توسعهی فنی اینترفیس NVMe از سال ۲۰۰۹ آغاز شد و بیش از ۹۰ شرکت تحت رهبری امبر هافمن از اینتل فرایند توسعه را پیش گرفتند. مارس ۲۰۱۱ نسخه ۱.۰ منتشر شد. نسخهی ۱.۱ پشتیبانی از SSD با چندین درگاه PCIe را به نسخه پیشین افزود.
نسخهی ۱.۲ در نوامبر ۲۰۱۴ بهبودهایی همچون پشتیبانی زنده از بهروزرسانیهای فرمور و مصرف بهینهتر را افزود. نسخه ۱.۳ که هماکنون نیز شاهد استفاده از آن در حافظهها هستیم از جون ۲۰۱۷ آماده شد که پاکسازی از بلاکهای لول پایین روی NAND و فرمور جدیدی را برای حافظههای NVMe به ارمغان میآورد.
nvme express
بهبودهای شبیهسازی نیز در این نسخه نحوهی استفاده از فضای ذخیرهسازی اشتراکی در زمان وجود کنترلر فیزیکی و مجازی را تعریف میکرد. اطلاعات اولیه از نسخهی ۱.۴ نیز در جون ۲۰۱۹ رسانهای شد اما هنوز محصولی بر مبنای آن به بازار عرضه نشده است.
NVMe چگونه کار میکند؟
NVMe فرامین I/O (ورودی خروجی) و پاسخهای آن را در حافظهی مشترک روی اینترفیس PCIe در کامپیوتر میزبان مپ میکند. این اینترفیس از I/Oهای موازی و پردازندههای چند هستهای برای رسیدن به توان عملیاتی بالا و کاهش پدیده گلوگاهی شدن پشتیبانی میکند.
NVMe اینطور عمل میکند که کامپیوتر میزبان یک ردیف فرمان I/O را مینویسد. کنترلر NVMe با برداشتن ردیفهای I/O آنها را اجرا کرده و فرامین انجام شده را دوباره به میزبان ارسال میکند.
NVMe چگونه کار میکند؟
با تخصیص مسیرهای بیشتر برای پردازش یک درخواست I/O نسبت به SCSI و ATA، نیاز NVMe به پردازندهی مرکزی کمتر میشود. NVMe 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.
مشکل اصلی حافظه است!
نمیتوان پیشرفتهای تولیدکنندگان پردازنده و کارتهای گرافیک را در دههی اخیر انکار کرد؛ اما علت اصلی افزایش سرعت لپتاپها در نسلهای کنونی، حافظههای SSD 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.
مقالههای مرتبط:
درایوهای SSD چه مدت عمر میکنند
حافظه و فضای ذخیرهسازی NAND سهبعدی چیست
دیفرگ کردن هارد دیسک و تریم کردن اس اس دی چه زمانی ضرورت پیدا میکند
برای مثال اگر طی دو سال اخیر اقدام به خریداری مکبوک پرو کرده باشید، متوجه خواهید شد که سرعت دستگاه نسبت به نسلهای قبلی خود افزایش چشمگیری داشته است. برنامهها در یک چشم برهم زدن باز و فایلها نیز بهسرعت روی دستگاه ذخیره میشوند. همچنین روشن و خاموش شدن دستگاه تنها در چند ثانیه صورت میگیرد.
تمامی موارد گفتهشده، بهدلیل استفاده از حافظههای NVMe SSD در نسلهای اخیر مکبوک پرو است که میتواند خواندن و نوشتن اطلاعات را ۴ برابر سریعتر از حافظههای SATA SSD در نسلهای قبلی انجام دهد.
شناسایی مسیر دادهها ۱۰ برابر سریعتر از گذشته شده است. این در حالی است که حافظههای SATA SSD خود چندین برابر پرسرعتتر از انواع HDD هستند و حاصلضرب تمامی این ارقام میتواند نشاندهندهی سرعت بسیار زیاد حافظههای مبتنی بر استاندارد NVMe باشد. در جدول زیر میتوانید مقایسهی میان عملکرد سه فناوری اصلی در صنعت ذخیرهسازی اطلاعات را مشاهده کنید.
میانگین سرعت قابل دستیابی در حافظههای مکانیکی حدود ۲۰۰ مگابایت بر ثانیه است؛ درحالیکه این مقدار برای حافظههای SATA SSD بهرقم ۵۵۰ مگابایت بر ثانیه و برای NVMe SSD به بیش از 5 گیگابایت بر ثانیه میرسد. البته مشخص است که بسیاری از کاربران به چنین سرعتی نیاز ندارند و حتی کاربران حرفهای نیز در استفاده روزمره، به حداکثر پتانسیل سرعت در استاندارد NVMe دست پیدا نمیکنند؛ اما افزایش این مقدار میتواند بهطور چشمگیری موجب بهبود عملکرد رایانهها شود.
Samsung 980 Pro / سامسونگ 980 پرو
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 980 Pro ۵۱۲ گیگابایت NVMe SSD 5000
4۳۰۰ ۴۱۸
4۲۸.۹ ۲۵۷۴
4۱۲۴ ۵۴/۹۵
4۳۱.۴
Lexar NS200 ۲۴۰ گیگابایت SATA SSD ۵۶۸/۸
۵۱۶/۷ ۳۱۱/۱
۲۹۲/۸ ۵۳۳/۹
۴۷۶/۳ ۳۳/۴
۸۸/۹۸
klevv c710 گیگابایت NVMe SSD ۱۷۴۲
۱۲۴۰ ۴۲۲/۹
۳۷۹/۹ ۱۷۳۶
۱۲۰۸ ۴۸/۵۸
۱۱۴/۸
Western Digital WD10EZEX ۱ ترابایت HDD 7200 RPM ۱۶۴/۲
۱۵۹/۵ ۰/۹۴۳
۱/۳۱۱ ۱۶۳/۸
۱۵۹/۱ ۰/۳۰۰
۱/۳۰۳
همانطور که مشاهده میکنید، SSDهای NVMe سرعت بسیار بیشتری در تستها نسبت به نمونههای SATA داشتند. Samsung 980 Pro یک حافظهی NVMe بالارده و klevv c710 یک حافظه NVMe اقتصادی است. 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. 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 980 Pro NVMe SSD ۲۷۹۵ (۲۰۸۷) ۱۴۰۱۴ (۴۱۰۷۸)
Lexar NS200 SATA SSD ۵۲۳ (۴۷۸) ۸۵۷۷ (۲۴۸۲۰)
Samsung 970 Evo Plus NVMe SSD ۲۷۰۶ (۲۴۴۷) ۱۵۰۸۲ (۴۱۷۳۶)
ٰWestern Digital WD10EZEX HDD 7200 RPM ۱۴۳/۵ (۱۴۲.۵) ۵۹ (۳۱۴)
بدون شک اگر نموداری از میزان پیشرفت حافظهها در ۱۰ سال اخیر رسم شود، میتواند پیشرفتهای صورتگرفته در حوزهی پردازش رایانههای شخصی را کمرنگ کند. اما سرعت پایینتر موجب نشده است که نسلهای قدیمی از جمله HDD حذف شوند. این نوع حافظهها همچنان برای ذخیرهسازی انبوه اطلاعات گزینهی مناسبتری بهشمار میروند زیرا نسبتا حافظههای SSD، قیمت بسیار کمتری دارند و در حجمهای زیاد، این فاصله بسیار محسوستر میشود. اما بهتر است سیستمهای عامل، برنامهها و دادههای پراستفاده روی حافظههای NVMe SSD یا در صورت عدم دسترسی روی SATA SSD قرار گیرند تا سرعت سیستم افزایش پیدا کند.
Samsung 980 Pro / سامسونگ 980 پرو
اگرچه درگاه SATA توانسته است در نسخه ۳.۳ خود به سرعت ۱۶ گیگابیتبرثانیه دست پیدا کند. بیشتر درگاههای تجاری موجود در رایانهها از ظرفیت اسمی ۶ گیگابیتبرثانیه فراتر نمیروند. در عملکرد واقعی نیز سرعت آنها بهسختی به ۵۵۰ مگابایت بر ثانیه میرسد. حتی نسخه ۳.۳ این فناوری بسیار کندتر از پتانسیل حافظههای 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 بهصورت پیشفرض در رایانهها 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. هر یک از آنها میتوانند حدود ۱ گیگابایت (بهطور دقیق ۹۸۵ مگابایت) داده را در هر ثانیه منتقل کنند.
PCIe بهعنوان 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 گفتهشده 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 ذخیرهسازی اطلاعات چندان متداول نبوده است. پروتکلهای قبلی مورد استفاده دراینزمینه مانند SCSI و AHCI همگی در دوران اوج و سلطنت حافظههای مکانیکی توسعه یافته بودند. بههمین دلیل چندان با ویژگیهای پیشرفتهی SSDها سازگاری نداشتند. درنهایت NVMe توانست با ارائهی قابلیتهای بسیاری از جمله کم کردن تأخیر در اجرای فرمانها و افزایش ظرفیت اجرای آنها بهمقدار ۶۴ هزار عدد، محدودیتهای استانداردهای قبلی را از میان بردارد.
حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد؟ nvme vs sata m.2
قابلیت ذکرشده در حافظههای اس اس دی اهمیت بسیار زیادی دارد زیرا دادهها در این نوع محصولات بهصورت گسترده در واحدهای ذخیرهسازی ثبت میشوند. درحالیکه این روند در حافظههای مکانیکی پیوسته و دایرهوار صورت میگرفت. استاندارد NVMe همچنان درحال پیشرفت است و نسلهای جدیدتر آن درحال عرضه به بازار هستند. در نسخهی ۱.۳۱ این پروتکل، قابلیت استفاده از رم بهعنوان حافظه موقت (cache) فراهم شده است.
فرمفکتورهای حافظههای 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 فرمفکتور با نام SFF-8639 نیز شناخته میشود و حداکثر از ۴ لین PCIe بهره میبرد. چنین فرمفکتوری 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 میشود.
حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد؟ چگونه از یک حافظهی NVMe بهره ببریم؟
افزودن چنین حافظهای به رایانهای بدون پشتیبانی از بوت NVMe، 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، درایورهای مخصوص این کار را فراهم می کنند. اینکار بدون درنظر گرفتن سن رایانه، سرعت آن را افزایش میدهد. 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 پشتیبانی BIOS از استاندارد مورد استفاده توسط حافظه است. بایوس بیشتر رایانههای قدیمی از چنین قابلیتی پشتیبانی نمیکند و بهنظر نمیرسد که سازندگان قصد ارائهی بهروزرسانی برای افزودن قابلیت مذکور داشته باشند. بههمین دلیل افزودن چنین حافظهای به یک رایانهی 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 2160p) بهره ببرید.
Samsung 980 Pro / سامسونگ 980 پرو
بیشتر حافظههای NVMe SSD موجود در بازار از فرمفکتور M.2 بهره میبرند. اما داشتن درگاه M.2 بهمعنای پشتیبانی رایانهی شما از استاندارد مورد نیاز نخواهد بود. این درگاه برای پشتیبانی از USB 3.0 درکنار 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 بهشمار میرود، شباهت بسیاری به آن دارد اما از قابلیت گفتهشده پشتیبانی نمیکند.
حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد؟چگونه ویندوز را از HDD به SSD انتقال دهیم؟
راهنمای خرید SSD و هارددیسک
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 گفتهشده 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 فرورفتگیهای موجود در حافظه قرار میگیرند.
درگاه PCIe x4 از کلید M شکل استفاده میکند که علاوهبر 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 بهرهگیری از تمامی استانداردها را دارند. به این درگاهها، دو سوکت و سه سوکت نیز گفته 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 حافظه و سیستمهای ردهبالا 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 دراختیار کاربر قرار میدهد.
همهی NVMeها یکسان نیستند. حافظه NVMe چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
بهصورت کلی هرنوع حافظهی NVMe موجب سریعتر شدن رایانهی شما میشود؛ اما همهی آنها شبیه یکدیگر نیستند. حافظهی 980 Pro سامسونگ میتواند خواندن اطلاعات را با سرعت ۳ گیگابایت بر ثانیه و نوشتن را با سرعت ۲.۵ گیگابایت بر ثانیه انجام دهد. درحالیکه این مقادیر برای RC100 ساخت توشیبا، بهترتیب برابر با ۱.۲ گیگابایت بر ثانیه و ۹۰۰ مگابایت بر ثانیه است. اختلاف مدلهای گوناگون، هنگامی که حجم دادهی نوشتهشده بیشتر از حجم کش است، حتی میتواند محسوستر باشد. عاملهای مختلفی مانند نوع کنترلر، تعداد و نوع واحدهای NAND و تعداد مسیرهای PCIe روی عملکرد حافظه تأثیر دارد.
چندین مورد از تفاوتها و توضیحات برخی از عوامل:
حافظههای NVMe SSD دارای اتصال PCIe x4 سریعتر از انواع PCIe x2 هستند.
افزایش تعداد چیپهای NAND موجب افزایش مسیرها و واحدهایی میشود که کنترلر برای توزیع و ذخیرهی اطلاعات استفاده میکند. بههمین دلیل حافظههایی با ظرفیت کمتر معمولا نسبت به حافظههای حجیمتر، کندتر هستند؛ حتی اگر از یک مدل باشند.
نوع چیپهای NAND مورد استفاده در حافظه نیز روی سرعت آن تأثیرگذار است. چیپهای SLC سریعتر هستند و سپس بهترتیب MLC و TLC قرار میگیرند و در نهایت نیز نوع QLC کمترین سرعت را دارد.
samsung 970 evo plus
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.