nvme چیست و چه مزایایی دارد

امروزه داشتن حافظه‌ای پرقدرت و سریع دیگر یک گزینه نیست؛ بلکه یک ضرورت به حساب می‌آید؛ به‌ویژه برای کسانی که با بازی‌های سنگین، نرم‌افزارهای حرفه‌ای یا پروژه‌های داده‌محور سروکار دارند. اگر شما هم به‌دنبال ارتقا عملکرد سیستم خود هستید و می‌خواهید با دنیای جدیدی از سرعت، پاسخ‌گویی و بازدهی آشنا شوید، وقت آن است که با NVMe آشنا شوید. در این مقاله از اوریکو ایران با فناوری NVMe (Non-Volatile Memory Express) آشنا می‌شوید؛ این استاندارد نوین در دنیای ذخیره‌سازی به وجود آمده است تا محدودیت‌های SSDهای قدیمی را کنار بزند و تجربه‌ای متفاوت از سرعت و کارایی را برای شما رقم بزند. پس همراه ما باشید تا بدانید NVMe چیست، چه مزایایی دارد و چرا انتخابی ایده‌آل برای آینده سیستم‌های کامپیوتری به‌حساب می‌آید.

حافظه nvme چیست؟

NVMe یک پروتکل انتقال داده است که برای افزایش سرعت انتقال اطلاعات در دستگاه‌های درایورهای حالت جامد «SSD» طراحی شده است. این پروتکل هم در سیستم‌های سازمانی و هم در سیستم‌های شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. NVMe این امکان را برای شرکت‌ها فراهم می‌کند تا با سرعت بسیار بالاتری به داده‌های خود دسترسی داشته باشند و از آن استفاده کنند. به این ترتیب، محدودیت‌های پروتکل‌های سنتی ذخیره‌سازی داده که برای هارد دیسک‌های چرخان و کند طراحی شده‌اند، برطرف می‌شوند.

معمولا NVMe در ذخیره‌سازی حالت جامد، حافظه‌ اصلی، حافظه‌ کش یا حافظه‌ پشتیبان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فناوری با استفاده از پورت پرسرعتPCIe ، ارتباط بین واسط ذخیره‌سازی و واحد پردازش مرکزی سیستم را برقرار می‌کند. پروتکل NVMe به‌طور خاص برای رسانه‌های بسیار سریع طراحی شده است و مزیت‌های اصلی حافظه SSD مبتنی بر PCIe با استفاده از NVMe شامل کاهش تاخیر و افزایش شدید عملیات ورودی/خروجی «I/O» در ثانیه است.

عملکرد حافظه nvme

منطق عملکرد NVMe در یک تراشه کنترل‌کننده‌ NVMe ذخیره شده است و توسط همان تراشه اجرا می‌شود. این تراشه به‌صورت فیزیکی در رسانه‌ ذخیره‌سازی مورد استفاده مانند SSD قرار دارد. برای انتقال داده، پروتکل NVMe این امکان را فراهم می‌کند که درایوهای SSD به‌صورت مستقیم از طریق پورت PCIe به پردازنده متصل شوند.

استاندارد NVMe یک رابط رجیستری، مجموعه‌ای از دستورات و مجموعه‌ای از ویژگی‌ها را برای SSDهای مبتنی بر PCIe با هدف دستیابی به عملکرد بالا و قابلیت همکاری در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های مبتنی بر حافظه غیرفرار «NVM» تعریف می‌کند.

پروتکل NVMe می‌تواند از هر نوع حافظه غیرفرار از جمله SSDهایی که مبتنی بر فناوری NAND flash هستند، پشتیبانی کند. درایورهای مرجع NVMe برای سیستم‌عامل‌های مختلف از جمله ویندوز و لینوکس در دسترس هستند.

یک SSD مبتنی بر NVMe از طریق پورت PCIe و با استفاده از کانکتورهای M.2 یا U.2 متصل می‌شود. پروتکل NVMe که با این کانکتورها همراه است، تاخیر را کاهش داده و تعداد عملیات ورودی/خروجی در ثانیه را افزایش می‌دهد؛ درعین‌حال مصرف انرژی را هم کاهش خواهد داد.

دستورات NVMe عملیات ورودی/خروجی و پاسخ‌ها را از طریق رابط PCIe به حافظه اشتراکی در رایانه میزبان نگاشت می‌کنند. رابط NVMe از I/O موازی با پردازنده‌های چند هسته‌ای پشتیبانی می‌کند تا از طریق افزایش پهنای باند، گلوگاه‌های پردازنده را کاهش دهد.

کاربردهای nvme

کاربرد nvme چیست؟ NVMe به‌دلیل عملکرد بالا و توانایی مدیریت تعداد زیادی صف «queue» و دستور، برای موارد زیر بسیار مناسب است:

• استفاده‌های حرفه‌ای و نیمه‌حرفه‌ای، مانند انجام کارهایی نظیر ویرایش گرافیکی و پردازش تصویر
• برنامه‌هایی با عمق صف بالا در عملیات ورودی/خروجی ذخیره‌سازی، از جمله پایگاه‌های داده و برخی عملکردهای وب
• رایانش با عملکرد بالا، به‌ویژه در کاربردهایی با تاخیر پایین
• پایگاه‌های داده رابطه‌ای، جایی که عملکرد بالای حافظه‌های فلش NVMe می‌تواند استفاده از تعداد زیادی سرور فیزیکی را کاهش دهد؛
• برنامه‌هایی که به واکشی یا ذخیره آنی داده نیاز دارند، مانند برنامه‌های مالی و تجارت الکترونیک.

انواع هارد nvme

نیاز به یک رابط و پروتکل ذخیره‌سازی که بتواند پتانسیل عملکردی حافظه‌های NAND flash را در محیط‌های سازمانی به‌خوبی به‌کار بگیرد، عامل اصلی توسعه NVMe بود. اما بازنگری استاندارد اتصال، راه را برای ایجاد انواع مختلفی از رابط‌ها باز کرد که ضمن پایبندی به مشخصات جدید NVMe، گزینه‌های متنوعی برای پیاده‌سازی ارائه می‌دهند. در مدت زمان کوتاهی، فرم‌فکتورهای مختلفی که با مشخصات NVMe مطابقت داشتند، به بازار عرضه شدند. در ادامه به بررسی انواع هارد nvme پرداخته‌ایم.

هارد m.2.nvme

فرم‌فکتور M.2 به‌منظور بهره‌گیری از اندازه‌ کوچک و تولید حرارت پایین حافظه‌های NAND flash توسعه پیدا کرد. به‌همین دلیل، دستگاه‌های NVMe مبتنی بر M.2 برای نصب در محفظه‌های سنتی درایو طراحی نشده‌اند؛ بلکه برای استفاده در فضاهای بسیار کوچک‌تر به‌کار می‌روند. درایوهای M.2 که اغلب به‌اندازه‌ یک آدامس هستند و معمولا ۲۲ میلی‌متر عرض و حدود ۸۰ میلی‌متر طول دارند؛ هرچند برخی مدل‌ها ممکن است بلندتر یا کوتاه‌تر باشند.

هارد u.2.mvme

بر خلاف فرم‌فکتور M.2، درایوهای U.2 به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که در محفظه‌های ذخیره‌سازی موجود که در ابتدا برای دستگاه‌های استاندارد SATA یا SAS در نظر گرفته شده بودند، قابل نصب باشند. درایوهای U.2 از نظر ظاهر شبیه به رسانه‌های قدیمی‌تر هستند؛ چراکه از قاب‌های ۲.۵ اینچی یا ۳.۵ اینچی استفاده می‌کنند که برای کاربران آشنا و مشابه هارد دیسک‌های سنتی هستند. ایده‌ اصلی این طراحی، آسان کردن پیاده‌سازی فناوری NVMe با کم‌ترین نیاز به بازطراحی زیرساخت‌ها بوده است.

هارد u.3.nvme

فرم‌فکتور u.3.nvme قابلیت پشتیبانی از درایوهای NVMe، SAS و SATA را در یک اسلات سرور مشترک دارد. فرم‌فکتور U.3 بر پایه‌ مشخصات U.2 توسعه یافته و با استفاده از کنترلر سه‌حالته، کانکتورهای SFF-8639 و یک چارچوب مدیریت backplane کار می‌کند. سازمان‌ها با استفاده از U.3، دیگر به آداپتورهای جداگانه برای NVMe، SAS یا SATA نیازی ندارند؛ در نتیجه این ویژگی موجب سادگی و انعطاف‌پذیری بیشتر در مدیریت ذخیره‌سازی می‌شود.

هارد pcie

فرم‌فکتور PCIe در واقع نوعی حافظه SSD است که برای اتصال و انتقال اطلاعات از رابط پرسرعت PCI Express استفاده می‌کند. برخلاف هاردهای سنتی که از رابط SATA بهره می‌برند، حافظه‌های مبتنی بر PCIe سرعت بسیار بالاتری در خواندن و نوشتن اطلاعات دارند و برای انجام کارهای سنگین، پردازش‌های گرافیکی، اجرای بازی‌ها و استفاده در سرورها و دیتاسنترها بسیار مناسب هستند.

مزایای nvme چیست؟

آیای می‌دانید مزیت‌های nvme چیست؟ قطعا استفاده از حافظه nvme می‌تواند مزایای مختلفی به همراه داشته باشد که در ادامه به چند مزیت اصلی آن پرداخته‌ایم:

• NVMe از پورت پرسرعت PCIe برای کاهش تاخیر استفاده می‌کند و امکان انتقال داده با سرعت بسیار بالاتری نسبت به رابط‌های قدیمی را فراهم خواهد کرد.
• توانایی NVMe در ارائه‌ انتقال داده با سرعت بالا و تاخیر کم، عملکرد سیستم‌های ذخیره‌سازی را بهبود می‌بخشد.
• معماری NVMe از عملکرد مقیاس‌پذیر پشتیبانی و با پیشرفت فناوری SSD، همچنان قابلیت سازگاری با فناوری‌های آینده ذخیره‌سازی را حفظ می‌کند.
• حافظه NVMe در محیط‌های سازمانی، نقش مهمی در مدیریت عملیات داده در مقیاس بزرگ و پشتیبانی از بارهای کاری سنگین دارد و موجب تحلیل سریع‌تر داده، کاهش زمان پردازش و افزایش بهره‌وری کلی می‌شود.
• اگرچه NVMe در ابتدا ممکن است نسبت به هارددیسک‌های سنتی (HDD) گران‌تر باشد؛ اما عملکرد برتر و دوام بالای آن در بلندمدت باعث صرفه‌جویی اقتصادی از طریق افزایش بهره‌وری و کاهش زمان خرابی می‌شود.
• برای کاربران عادی، NVMe موجب راه‌اندازی سریع‌تر سیستم، انتقال سریع‌تر فایل‌ها و افزایش واکنش‌پذیری کلی سیستم می‌شود.
• NVMe بسیار قابل توسعه است و با تمامی فناوری‌های نوین حافظه ماندگار سازگاری دارد. همچنین نسبت به پروتکل TCP انعطاف‌پذیری بیشتری دارد؛ چراکه می‌تواند بدون نیاز به سخت‌افزار خاص بر روی هر شبکه TCP پیاده‌سازی شود. این ویژگی آن را برای استفاده در محیط‌های محلی و ابری جذاب‌تر می‌کند.

معایب حافظه nvme

اگرچه حافظه‌های NVMe مزایای بسیار زیادی دارند، اما چند عیب و محدودیت هم دارند که باید در نظر گرفته شوند:

• دستگاه‌های SSD مبتنی بر NVMe به‌طور کلی گران‌تر از SSDهای استاندارد ۲.۵ اینچی هستند.
• بسیاری از رایانه‌های شخصی از NVMe در قالب فرم‌فکتور M.2 استفاده می‌کنند، که محدودیت‌هایی در انتخاب درایوها نسبت به راهکارهای دیگر ایجاد می‌کند.
• سیستم‌های قدیمی ممکن است از NVMe پشتیبانی نکنند و همین موضوع، ارتقا سیستم ذخیره‌سازی را دشوار می‌سازد.
• درایوهای SSD مبتنی بر NVMe برای ذخیره‌سازی حجم‌های بالای داده، مقرون‌به‌صرفه نیستند و گزینه‌ای گران‌تر محسوب می‌شوند.

تفاوت ssd و nvme چیست؟

NVMe و SSD هر دو به عنوان فناوری‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌شوند؛ اما تفاوت‌های مهمی بین آن‌ها وجود دارد. در ادامه این تفاوت به‌صورت کامل تشریح شده است:

درایوهای NVMe SSD از رابط PCIe برای انتقال داده استفاده می‌کنند. اما درایوهای SSD از نظر رابط انعطاف‌پذیرتر هستند و از هر دو رابط PCIe و SATA پشتیبانی می‌کنند که باعث سازگاری آن‌ها با دستگاه‌های مختلف بیشتر باشد.

تمام SSDها در فرم‌فکتورهای مختلفی مانند ۲.۵ اینچی SATA، M.2، mSATA و U.2 عرضه می‌شوند. در نتیجه به‌دلیل سازگاری با PCIe و اندازه‌ فشرده، فرمت رایج در SSDهای رده‌بالا که در مراکز داده مورد استفاده قرار می‌گیرند، M.2 NVMe است. درایوهای M.2 ظاهری باریک و طراحی ظریفی دارند که آن‌ها را برای رایانه‌های کوچک، اولترابوک‌ها و سایر دستگاه‌هایی که فضای داخلی محدودی دارند، مناسب کرده است.

درایوهای NVMe SSD به عملکرد بالا و سرعت زیاد شناخته می‌شوند. استفاده از رابط PCIe و فناوری حافظه فلش، نقش مهمی در افزایش عملکرد دارد. معمولا درایوهای SSD کندتر از NVMe هستند، اما همچنان سریع‌تر از هارد دیسک‌های مکانیکی «HDD» عمل می‌کنند.

درایوهای NVMe SSD در ظرفیت‌های مختلفی عرضه می‌شوند که انعطاف‌پذیری لازم برای انتخاب مناسب در محیط‌های مختلف را فراهم می‌کند. درایوهای SSD هم ظرفیت‌هایی مشابه NVMe دارند؛ اما در ظرفیت‌های بالاتر، NVMe گزینه‌های بزرگ‌تری را ارائه می‌دهد.

NVMe برای عملکرد خود به درگاه PCIe نیاز دارد. اگرچه اکثر سیستم‌های مدرن این درگاه را دارند، سیستم‌های قدیمی‌تر فاقد آن هستند و ممکن است به تغییرات سخت‌افزاری برای سازگاری نیاز داشته باشند. SSDها دارای انواع مختلفی از درگاه‌ها هستند که آن‌ها را با سیستم‌های متنوع‌تری سازگار می‌سازد. آن‌ها بسیار انعطاف‌پذیرند و معمولا بدون نیاز به تنظیمات اضافه، قابل استفاده در ارتقا سیستم هستند.

درایوهای NVMe SSD دارای قابلیت‌های امنیتی پیشرفته‌ای مانند پاک‌سازی امن و رمزنگاری خودکار هستند؛ درنتیجه این نوع حافظه را به راهکاری ایمن برای ذخیره‌سازی داده تبدیل می‌کند که از دسترسی غیرمجاز جلوگیری کند و یکپارچگی داده‌ها را تضمین می‌کند. درایوهای SSD هم دارای ویژگی‌های امنیتی استاندارد مانند محافظت با رمز عبور و رمزنگاری هستند؛ اما این قابلیت‌ها به اندازه NVMe قدرتمند نیستند.

NVMe SSDها نسبت به SATA SSD یا HDD گران‌تر هستند. این هزینه به دلیل ویژگی‌های پیشرفته، عملکرد بالا و قابلیت‌های خاص این فناوری است. SSDهای معمولی از نظر قیمت نسبت به NVMe مقرون‌به‌صرفه‌تر هستند و برای کسانی که به‌دنبال ارتقای سیستم با هزینه کمتر هستند، گزینه‌ای اقتصادی و جذاب به‌شمار می‌آیند.

سخن پایانی

در این مقاله توضیح دادیم nvme چیست؟ همانطور که متوجه شدید در دنیای امروز که سرعت و کارایی حرف اول را می‌زنند، فناوری NVMe تحولی بزرگ در حوزه‌ ذخیره‌سازی داده‌ها ایجاد کرده است. این پروتکل با بهره‌گیری از رابط پرسرعت PCIe، محدودیت‌های سیستم‌های قدیمی را کنار زده و بستری مناسب برای انجام پردازش‌های سنگین، بازی‌های پیشرفته، تحلیل‌های داده‌محور و کارهای گرافیکی فراهم کرده است. تنوع فرم‌فکتورها و توانایی سازگاری با نیازهای مختلف، NVMe را به انتخابی هوشمندانه تبدیل کرده است. اگر به‌دنبال سرعت بیشتر، تاخیر کمتر و عملکردی پایدار هستید، اکنون بهترین زمان برای  ارتقا به دنیای NVMe است

سوالات متداول

• NVMe چگونه زمان‌های پشتیبان‌گیری و بازیابی را بهبود می‌بخشد؟

NVMe با بهره‌گیری از سرعت بالای انتقال داده، فرایند پشتیبان‌گیری و بازیابی اطلاعات را سریع‌تر می‌کند.

• آیا NVMe با تمام سیستم‌عامل‌ها سازگار است؟

NVMe با بیشتر سیستم‌عامل‌های مدرن که از درایورهای NVMe پشتیبانی می‌کنند، سازگار است.

• آیا NVMe در کاربردهای هوش مصنوعی مفید است؟

بله؛ حجم بالای داده‌ها و پیچیدگی مدل‌های یادگیری ماشین نیاز به سرعت پردازش بالا دارند که NVMe با فراهم کردن تاخیر کم و پهنای باند بالا، عملکرد آموزش و تحلیل مدل‌های AI را بهبود می‌بخشد.