هارد NVMe چیست؟

historyتاریخچه هارد NVMe
در سال 2011 نسخه NVMe 1.0 روانه بازار شد و در نسخه بعدی یعنی NVMe 1.1 پشتیبانی از هاردهای SSD با چند اسلات PCIe به فناوری قبلی اضافه شد. نسخههای بعدی این تکنولوژی در سالهای 2014 و 2017 عرضه شد که با فریمور جدید June 2021 عرضه شده است.
NVMe (non-volatile memory express) یک پروتکل انتقال است که برای افزایش سرعت انتقال دادهها در دستگاههای ذخیرهسازی حالت جامد (SSD)طراحی شده است. این پروتکل در هر دو محیط سازمانی و مصرفکننده مورد استفاده قرار میگیرد.
حافظه NVMe یا Non-Volatile Memory Express پروتکل جدیدی جهت ذخیره سازی با سرعت بالا است که در مقایسه با پروتکلهای قدیمی مزایایی دارد. هارد NVMe یکی از بهترین و موثرترین ویژگیها برای ارتقاء سیستم ذخیره سازی است. وجود پروتکل NVMe و اتصال PCIe در یک حافظه SSD، سرعت بیشتر در خواندن و نوشتن را به دنبال دارد که چهار برابر سریعتر از یک حافظه SSD از نوع SATA با پروتکل SCSI است. ما در این مطلب میپردازیم که حافظه NVMe چیست و چه کاربردی دارد؟ همچنین اهمیت آن برای مشاغل داده محور در چیست؟
کسب و کارها با درگیر شدن هر چه بیشتر با دادهها و رشد دادهها، باید در مورد چگونگی در اختیار گرفتن و ذخیره سازی آنها، دسترسی به دادهها و تبدیل آن ها تجدید نظر کنند. NVMe در کسب و کارهایی که با دادههایی مانند Fast Data که نیاز به تجزیه و تحلیل آنی و تکنولوژیهای جدیدی دارند، تاثیر زیادی دارد. NVMe با مهیا کردن فرصت برای انجام عملیاتهای گسترده بر روی داده، دنیای جدیدی از امکانات را به روی ما گشوده است.

add_to_driveدرایو حالت جامد (SSD) چیست؟
در حالی که هارد دیسکها دارای تأخیر ذاتی و زمان دسترسی هستند که ناشی از چرخش صفحات آنها و حرکت هد خواندن/نوشتن آنهاست، SSDها هیچ بخش متحرکی ندارند و این باعث میشود آنها بسیار سریعتر شوند. SSD ها در حال حاضر از HDD ها به عنوان استاندارد صنعتی ترجیحی برای حجم کاری دادههای ساخت یافته پیشی گرفتهاند.
امروزه، کاربران زمان پاسخگویی سریعتری را از برنامههای خود نسبت به قبل میخواهند. پروتکل NVMe برای ارائه یک تجربه نسل بعدی، با کارایی بالا، پهنای باند بالا و تاخیر کم، صرف نظر از نوع برنامه ای که کاربر استفاده میکند، ساخته شده است. SSD های NVMe عمدتاً از طریق یک گذرگاه PCIe (Peripheral Component Interconnect) به حافظه فلش دسترسی پیدا می کنند که کنترل کننده «Middle Man» را حذف میکند و تأخیر را کاهش میدهد.
NVMe برای رسانههای ذخیرهسازی با کارایی بالا و پایدار ساخته شده است که آن را برای محیطهای محاسباتی فشرده امروزی مانند نرم افزار ویرایش گرافیک، محیطهای رایانش ابری، و پایگاه های داده بزرگ ایده آل میکند. NVMe بارهای کاری سازمانی را سریع و کارآمد با زیرساخت کمتر و توان کمتری نسبت به SCSI مدیریت میکند.
memoryکاربرد حافظه NVMe چیست؟
- مهم ترین مزیت این نوع هارد، افزایش سرعت ورودی و خروجی و همچنین کاهش زمان تاخیر ارسال اطلاعات است. این کاهش زمان، سبب افزایش سرعت هارد و سیستم می شود.
- فناوری ساخت این هارد سبب شد این هارد از سرعت بسیار بالایی برخوردار باشد. از جمله فناوری های بکار رفته در آن می توان به استفاده از تکنولوژی Flash، مسیر PCIe و بهبود تکنیک Caching اشاره نمود.
- از مصرف انرژی و زمان کمتری برای انجام برای Taskها برخوردار است.
- قابلیت دسترسی این هارد به CPU بیشتر است. این افزایش سرعت سبب می شود بتواند از ظرفیت هسته های چندگانه CPU استفاده کند.
- مصرف انرژی در این هارد به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش مییابد.
- سبب افزایش فرایندهای همروند و موازی سازی میشود.
- قابلیت استفاده از مسیر PCIe را دارد.
- با بهره گیری از سیستم قدرتمند caching، زمان دستیابی به دیتابیس های بزرگ را بهبود می بخشد.
- این هارد از سرعت پاسخ دهی بالایی برخوردار می باشد.

keyboard_double_arrow_leftفرم فاکتور و استانداردهای حافظه NVMe :
- U.2
- M.2
- کارت افزودنی (AIC)
- Enterprise & Data Center Form Factor)) EDSFF

فرم فاکتور و استانداردهای حافظه NVMe
U.2 این SSD ها میتوانند در اسلات مادربرد ارائه شده برایSATA SSD قرار بگیرند اما درعین حال قادرند تا چهار خط PCIe را نیز استفاده کنند. SSD های U.2 در اندازههای 2.5 اینچی و 3.5 اینچی عرضه شده و در ظرفیتهای مختلف موجود هستند. این نوع هارد را با نام SFF-8639 هم می شناسند که اندازه آن از نوع M.2 بزرگتر می باشد. علاوه بر این، ظرفیت این نوع هارد برای ذخیره اطلاعات هم بیشتر است
ESDFF این فرم فکتور، ظرفیت هر درایو را به حداکثر میرساند. ESDFF درایوهایی را پشتیبانی میکند که تا 30 ترابایت قابل ارتقاء هستند. آنها عمدتاً در سیستمهای ذخیرهسازی سازمانی و مراکز داده استفاده میشوند. فرم فکتور ESDFF همچنین بر راندمان حرارتی سیستم نیز تأثیر دارد.
U.3 این مدل هارد NVMe، مدل توسعه یافته هارد u.2 است. به همین دلیل، در این نوع هارد نیز از کانکتور SFF-8639 استفاده شده است. از مهم ترین ویژگی های این مدل هارد می توان به قابلیت پشتیبانی از SAS ،SATA و NVMe در یک کنترلر اشاره نمود. از آنجایی که هارد مدل u.3 توسعه یافتهی مدل u.2 است لذا حافظههای آن ها با هم سازگار است. از این رو می توان از این مدل هارد نیز در بستر U.2 استفاده نمود. البته خلاف این پروسه، امکانپذیر نیست. یعنی شما نمی توانید از هارد U.2 در بستر U.3 استفاده کنید.
M.2 این فرم فاکتور بسیار کوچکتر از U.2 است. ویژگی این فرم فکتور، استفاده از درایوهای فشرده NVMe با تخلیه حرارت کم است. برای استفاده از SSD M.2، ابتدا باید بررسی کنید که مادربرد شما دارای اسلات مناسب آن باشد.
AIC درایوهای SSD مبتنی بر کارت افزودنی یا AIC برای اتصال از طریق گذرگاه PCIe ارائه شدهاند. این امر باعث میشود که این فرم فکتور برای اهداف تجاری مانند مراکز داده به کار گرفته شوند. برخی از SSD های AIC شامل پردازنده و تراشههای اضافی برای بهبود عملکرد سیستم انتقال داده هستند.
Pcie یکی از مهم ترین شاخصه های این نوع هارد nvme، شکل ظاهری آنها است که شبیه کارتهای گرافیکی هستند. این نوع هاردها به هیچ وجه، مناسب لپ تاپ و کامپیوترهای کوچک نیستند و برای کیس های بزرگ، ATX و سرورها طراحی شدهاند.
keyboard_double_arrow_downعملکرد هارد NVMe در پردازندههای چند هستهای
NVMe یک پروتکل بهینه شده NUMA است. این تکنولوژی به هستههای چندگانهی CPU اجازه میدهد تا مالکیت صفها، اولویت آنها و همچنین مکانیسمهای داوری این اولویتها را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. به این ترتیب NVMe میتواند تکنیک scatter/gather را بر روی ورودیها و خروجیها اجرا کرده و آنها را خارج از نوبت پردازش کند تا IOPS (ورودی/خروجی بر ثانیه) بسیار بالاتر رفته و تاخیر داده کمتری رخ دهد. اتفاقی که به استفادهی بهینه از پردازندههای چند هستهای منجر میشود.
chevron_leftسختافزار و سیستم عامل سازگار با NVMe
آیا NVMe در سرورها بهتر از SATA است؟
به بیان ساده، دیسک های NVMe شش و نیم برابر سریعتر از SATA هستند که یک مزیت بزرگ است. از سوی دیگر، آنها کمی گران تر هستند، بنابراین انتخاب بین این دو دقیقاً ساده نیست.
آیا NVMe برای سرورها انتخاب خوبی است؟
NVMe SSD قلب سرور است و تمام داده ها در آن ذخیره می شوند. SSD های NVMe فوق العاده سریع و قابل اعتماد هستند، که آنها را برای میزبانی وب ایده آل میکند. آنها برای ارائه سرعت انتقال داده با سرعت بالا، تاخیر کم و IOPS بالا (عملیات ورودی/خروجی در ثانیه) طراحی شدهاند.
هارد NVME در واقع یک SSD با اینترفیس ارتباطی مخصوص است که در نتیجه آن سرعت فوقالعاده بالایی برای هارد به وجود میآید. این فناوری مخصوص اجازه استفاده از باس PCIe را برای SSD میدهد و بدین صورت سرعت I/Oهای خواندن و نوشتن بهبود مییابد.
با این که فناوری NVMe در سریهای قبلی هاردها چندان مورد استفاده قرار نمیگرفت، اما در حال حاضر با توجه به نیاز هرچه بیشتر سرعت در هارد توجه زیادی را به خود جلب کرده و در دیتاسنترهای بزرگ از این نوع هارد استفاده میشود.
چرا از NVMe استفاده کنیم ؟

تفاوت هاردهای NVMe و SSD
حافظه NVMe (Non-Volatile Memory Express) و حافظه SSD (Solid State Drive) هر دو از فناوریهای ذخیرهسازی فلش استفاده میکنند، اما تفاوتهایی در عملکرد و ویژگیهای فنی آنها وجود دارد. در ادامه، به برخی از تفاوتهای مهم بین این دو نوع حافظه اشاره میکنیم:
حافظه SSD از رابط SATA (Serial ATA) برای اتصال به سیستم استفاده میکند، در حالیکه NVMe از رابط PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) استفاده میکند. رابط PCIe سرعت بسیار بالاتری نسبت به رابط SATA دارد و این امر باعث میشود که NVMe سرعت و عملکرد بهتری نسبت به SSD داشته باشد.
NVMe با استفاده از رابط PCIe و تکنولوژیهای مدرن، سرعت بسیار بالاتری در انتقال دادهها دارد. سرعت انتقال داده در این حافظه به صورت گستردهتری در حدود چند گیگابایت در ثانیه (GB/s) است، در حالی که سرعت انتقال داده در SSD معمولاً در حدود چند صد مگابایت در ثانیه (MB/s) است.
به طور کلی، حافظه NVMe زمان دسترسی (latency) و تاخیر کمتری نسبت به حافظه SSD دارد. این امر به این معنی است که دسترسی به دادهها در این حافظه سریعتر انجام میشود و زمان پاسخگویی سیستم به دستورات I/O کاهش مییابد.
حافظه NVMe عملکرد بهتری در انجام عملیات ورودی/خروجی در ثانیه (IOPS) دارد. IOPS نشان دهنده تعداد عملیات خواندن و نوشتن داده در ثانیه است.
حافظه NVMe از استاندارد NVMe-oF پشتیبانی میکند که امکان به اشتراک گذاری و دسترسی به این حافظه را از طریق شبکههای فیبر نوری یا RDMA فراهم میدهد. این قابلیت به شرکتها و سازمانها اجازه میدهد تا از این حافظه در سیستمهای ذخیرهسازی متمرکز و مجازیسازی استفاده کنند، که عملکرد و قابلیت مقیاسپذیری را بهبود میبخشد.
ارزانترین نوع هارد SSD که برای وب سرورها یا Read Caching مناسب است و کارایی بسیار خوبی در حجمهای کاری با نگارش زیاد دارد.
در نقطه تعادل بین قدرت نوشتن و خواندن است و در هیچ کدام نه آن قدر ضعیف نیست، نه به شدت قدرتمند.
مشخصا دارای بالاترین کیفیت در نوشتن است و مناسب محیطهای اینترپرایزی که حجم نوشتن و خواندن به شدت بالایی دارند، نظیر پردازش بیگ دیتا یا تراکنشهای مالی زیاد.
هارد NVMe برای چه افرادی مناسب است ؟
اگر سرعت و کارایی در بیشترین حالت ممکن میخواهید، هارد NVMe برای شماست. در بعضی رایانههای جدید از هارد NVMe استفاده شده است که البته قیمت بالاتری هم دارند. بیشترین کارایی این هارد در سرورهاست؛ جایی که سرعت حرف اول را میزند.
وقتی میگوییم سرور، در واقع به هزاران عملیات در حال پردازش در هر ثانیه شبانهروز اشاره میکنیم که توسط دهها و حتی صدها کاربر متصل به شبکه صورت میگیرد. بنابراین سرعت و کارایی در این جا حرف اول را میزند و هر فناوری مدرنی که بتواند این امر را تسهیل کند، ضروریست. هارد NVMe در حال حاضر در این زمینه حرف اول را میزند.
نیاز به سرعت بالای هارد NVMe بیش از همه در دیتاسنترهای بزرگ احساس شد. جایی که حجم ذخیرهسازی و پردازش دیتا به شدت بالاست و هارد SSD پاسخگوی این نیاز نیست. علاوه بر دیتاسنترها، شرکتهای بزرگ با شعب متعدد نیز نیازمند ابزاری پرسرعت برای سرورهای خود هستند و بنابراین با استفاده از هارد NVMe به خوبی میتوانند نیاز سرور و کاربرهای خود را برآورده کنند.
memoryآیا حافظه NVMe در تمامی سیستمها قابل استفاده است؟
آیا NVMe در سیستمهای قدیمیتر قابل استفاده است؟
از جمله مواردی که در خصوص حافظه NVMe مطرح میشود، این است که آیا این حافظه ممکن است در سیستمهای قدیمی نیز قابل استفاده باشد! بله! این حافظه در سیستمهای قدیمیتر نیز قابل استفاده است، اما باید توجه داشت که نیاز به سازگاری سختافزاری و نرمافزاری دارد. برای استفاده از این حافظه در سیستمهای قدیمیتر، موارد زیر را بررسی و انجام دهید:
سیستم شما باید از رابط PCIe بهصورت حداقل PCIe 3.0 یا PCIe 2.0 پشتیبانی کند. حافظه NVMe به رابط PCIe متصل میشود و برای استفاده از آن، سیستم باید از نسخههای قدیمیتر PCIe نیز پشتیبانی کند.
اطمینان حاصل کنید که سیستم عامل شما درایورهای لازم برای شناسایی و استفاده از این حافظه را دارد. اکثر سیستمهای عامل مدرن از درایورهای استاندارد برای حافظه NVMe پشتیبانی میکنند، اما در صورت نیاز ممکن است نیاز به نصب درایورهای جداگانه باشد.
برخی از سیستمهای قدیمیتر ممکن است نتوانند تمام قابلیتهای سرعت و عملکرد NVMe را بهرهبرداری کنند. به عنوان مثال، اگر سیستم شما از رابط PCIe 2.0 استفاده میکند، سرعت انتقال دادهها در مقایسه با استفاده از رابط PCIe 3.0 یا مدلهای بالاتر محدودتر خواهد بود.