فناوری NVMe چیست؟

مقدمه

حافظه‌های SSD که از فناوری NVMe برخوردار هستند، دارای فضای ذخیره سازی، سرعت و سازگاری بالایی می‌باشند. طراحی این فناوری به طور اختصاصی برای حافظه‌های SSD است. از آن جایی که عملکرد و سرعت SSDهای دارای NVMe بسیار خوب و کارآمد است، این فناوری در آینده‌ای نه چندان دور به استانداردی برای حافظه‌ها تبدیل خواهد شد.

فناوری NVMe چیست؟

Non-Volatile Memory Express با مخفف NVMe یک تکنولوژی ارتباطی است که از رابط ارتقای یافته‌ی PCIe برخوردار است. این فناوری به گونه‌ای طراحی شده که عملکرد و کارایی سیستم را افزایش داده و طیف گسترده‌ای از سیستم‌های سازمانی و شخصی را ارتقا می‌دهد. فناوری NVMe با استفاده از سوکت‌های پرسرعت PCIe، ارتباط مستقیم بین حافظه و CPU را فراهم می‌نماید.

فناوری NVMe مسیرهای داده‌ی موازی و کم تاخیر را در اختیار قطعاتی چون معماری پردازنده‌های رده بالا قرار می‌دهد که درنهایت موجب بالا رفتن سرعت انتقال داده می‌شود. این تکنولوژی نسبت به حافظه‌هایی که از رابط SAS و SATA پشتیبانی می‌کنند، عملکرد بسیار بالاتر و سرعت بیشتری دارد. گذرگاه‌های داده (bus)، اطلاعات درونی سیستم را انتقال می‌دهند. هنگامی که برای اولین بار SSDهای مبتنی بر NAND عرضه شدند، طراحان و سازندگان نیاز به یک فناوری جدید را احساس کردند.

رابط‌های PCIe با پشتیبانی از NVMe، دارای 64 هزار صف هستند که امکان انتقال داده‌ها با سرعت بیشتر را فراهم می‌کنند

تکنولوژی NVMe راه حلی برای ارتقای PCIe

اولین حافظه‌های SSD که از رابط SATA پشتیبانی می‌کردند، سرعت پایین و عملکرد ضعیفی داشتند. اگرچه در حال حاضر درایوهای SATA 6 دارای حداکثر سرعت انتقال 16 گیگابیت در ثانیه هستند، اما با این حال نمی‌تواند گزینه‌ی ایده آلی برای SSDها باشند.

توان کل نسل سوم درگاه‌های PCIe برابر با 16 Gbps است؛ در حالی که توان کل نسل چهارم درگاه‌های PCIe دو برابر می‌باشد. رابط‌های PCIe 4.0 دارای 16 مسیر هستند که می‌توانند حداکثر 32 هزار داده را در هر مسیر انتقال دهند؛ در حالی که حداکثر سرعت انتقال در SATA 6.0 برابر 600 مگابایت بر ثانیه است.

طراحی فناوری جدید در رابط با پهنای باند بالاتر، منجر به جایگزینی PCIe و کنار گذاشتن رابط SATA شد. درگاه PCIe پیش از فناوری NVMe به بازار عرضه شد. این رابط‌ها به تنهایی نتوانستند عملکرد مناسبی ارائه دهند. فناوری NVMe به عنوان راه حلی برای بهبود عملکرد درگاه‌های PCIe معرفی شد. رابط‌های PCIe با پشتیبانی از NVMe، دارای 64 هزار صف هستند که امکان انتقال داده‌ها با سرعت بیشتر را فراهم می‌کنند. در SSDهای دارای فناوری NVMe، اطلاعات به صورت پخش و رها در تراشه‌ها و بلوک‌ها نوشته می‌شوند؛ در صورتی که در هارددیسک نوشتن اطلاعات روی دیسک‌های در حال چرخش ذخیره می‌شوند.

مزایای فناوری NVMe

حافظه‌های SSD که از فناوری NVMe بهره‌مند هستند، دارای مزیت‌هایی می‌باشند که در بخش زیر به چند مورد اشاره کرده‌ایم:

• انتقال اطلاعات با سرعتی بیش از 25 برابر
• دستورات در حافظه‌های دارای NVMe، دو برابر سریع‌تر از حافظه‌های دارای فناوری AHCI منتقل می‌شوند.
• دارای حداکثر IOPS به مقدار 1 میلیون بار (نسبت به درایوهای با فناوری AHCI، حدود 900% سریع‌تر عمل می‌کنند)
• ارتباط مستقیم حافظه‌ی ذخیره‌ساز با پردازنده
• سازگاری با همه‌ی سیستم عامل‌ها بدون توجه به فرم فاکتور

مقایسه‌ی فناوری NVMe و AHCI

ارتباط داده‌ها با حافظه‌های ذخیره ساز از طریق درایورهای ارتباطی مانند NVMe و AHCI، توسط سیستم عامل‌ها برقرار می‌شود. NVMe سرعت بیشتری نسبت به AHCI دارد که معمولاً در رابط‌های SATA استفاده می‌شوند.

طراحی فناوری NVMe به طور اختصاصی برای حافظه‌های SSD با فناوری فلش است. این فناوری سرعت حافظه‌ها را نسبت به هارد دیسک‌های معمولی با فناوری دیسک چرخان و فناوری AHCI، بیشتر می‌کند.

NVMe دارای 64 هزار صف فرمان است و می تواند 64 هزار دستور در هر صف ارسال کند، درصورتی که AHCI تنها دارای یک صف فرمان است و می‌تواند فقط 32 دستور در هر صف ارسال نماید.

دستورات درایورهای AHCI، از چرخه‌ی بالای CPU با تأخیر 6 میکروثانیه استفاده می‌کنند؛ در حالی که دستورات درایور NVMe، از چرخه‌ی کوتاه CPU با تأخیر 2.8 میکروثانیه استفاده می‌نمایند.

IOPS (عملیات ورودی/خروجی در هر ثانیه) یک اندازه‌گیری رایج برای عملکرد، جهت محک زدن حافظه‌های رایانه است. درایور NVMe می‌تواند مستقیماً با پردازنده‌ی سیستم ارتباط برقرار کند؛ اما AHCI از طریق کنترلر SATA این ارتباط را برقرار می‌نماید. AHCI دارای 100 هزار IOPS است، در حالی که مقدار IOPS در NVMe بیش از 1 میلیون می‌باشد.

NVMe سرعت بیشتری در انتقال داده‌ها نسبت به AHCI دارد که معمولاً در رابط های SATA یافت می‌شوند.

انواع فرم فاکتور حافظه‌های SSD با قابلیت NVMe

SSDهای دارای فناوری NVMe در فرم فاکتورهای مختلفی عرضه می‌شوند که با توجه به کارایی و سیستم، از هرکدام استفاده می‌شود.

محصولاتی با کاربری عمومی از حافظه‌هایی به فرم BGA و M.2 و برنامه های مرکز داده/سرور از SSDهایی به فرم M.2، U.2، U.3 و EDSFF استفاده می‌کنند.

فرم فاکتور EDSFF جهت مواردی چون یک طیف پویا از فرم فاکتورها و استانداردهایی چون بهره گیری از پروتکل‌های یکسان NVMe، رابط کاربری یکسان PCIe، استفاده از کانکتور ویژه SFF-TA-1002 و همچنین دستورات و وظایف اختصاصی SFF-TA-1009 توسعه یافته است.

SSDهای دارای فناوری NVMe در فرم فاکتورهای مختلفی عرضه می‌شوند که با توجه به کارایی و سیستم، از هرکدام استفاده می‌شود

نتیجه گیری

در مجموع می‌توان گفت درگاه‌های PCIe برای انتقال داده‌ها فناوری جدید و پیشرفته‌ای استفاده می‌کنند که یک نقطه‌ی قوت نسبت به درگاه‌های SATA محسوب می‌شود. این درگاه‌ها در آینده‌ی نه چندان دور به رابط‌های استاندارد تبدیل خواهند شد. اگر به فکر خرید سیستم هستید و می‌خواهید برای مدت طولانی از آن استفاده کنید، بهتر است به سراغ سیستم و سخت افزار‌هایی بروید که از درگاه PCIe به همراه فناوری NVMe پشتیبانی می‌کند.