معرفی تکنولوژی NVMe

NVMe (Non-Volatile Memory Express)

NVMe (Non-Volatile Memory Express)  یک رابط و پروتکل ارتباطی برای دسترسی به حافظه‌های غیر فرار مثل SSD است که برای کاهش تأخیر و افزایش سرعت انتقال داده طراحی شده است. این تکنولوژی برای استفاده از مزایای کامل SSDهای مدرن، به‌ویژه حافظه‌های فلش NAND و دیگر تکنولوژی‌های سریع، توسعه داده شده است.

ویژگی‌های کلیدی NVMe:

سرعت بالا: NVMe از گذرگاه PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) استفاده می‌کند که پهنای باند بیشتری نسبت به SATA فراهم می‌کند.  SSD های NVMe می‌توانند به سرعتی در حد 3.5 گیگابایت بر ثانیه (و حتی بیشتر در نسخه‌های جدیدتر) دست پیدا کنند.

تأخیر کمتر: NVMe به دلیل طراحی بهینه برای حافظه‌های فلش، تأخیر کمتری نسبت به پروتکل‌های قدیمی مثل AHCI دارد. این باعث می‌شود عملکرد دستگاه در اجرای برنامه‌ها و انتقال فایل‌ها بسیار بهتر باشد.

پشتیبانی از دستورات موازی: NVMe می‌تواند تا 64 هزار صف دستوری و هر صف تا 64 هزار دستور را مدیریت کند. این قابلیت به‌ویژه در سیستم‌هایی با پردازش چندگانه بسیار مفید است.

مصرف انرژی بهینه: NVMe به گونه‌ای طراحی شده که در کنار سرعت بالا، مصرف انرژی را نیز بهینه کند، به‌ویژه در دستگاه‌های موبایل و لپ‌تاپ.

ابعاد کوچک‌تر: SSDهای NVMe اغلب در فرم‌فکتورهایی مانند M.2 یا U.2 ارائه می‌شوند که جمع‌وجورتر از درایوهای سنتی 2.5 اینچی هستند.


تفاوت NVMe و SATA:

پهنای باند: SATA محدود به سرعت حدود 600 مگابایت بر ثانیه است، در حالی که NVMe از پهنای باند PCIe استفاده کرده و چندین برابر سریع‌تر است.

پروتکل ارتباطی: SATA از AHCI استفاده می‌کند که برای هارد دیسک‌ها طراحی شده، در حالی که NVMe به طور خاص برای SSD طراحی شده است.

فرم‌فکتور: NVMe معمولاً در فرم‌های کوچکتر مثل M.2 عرضه می‌شود، اما SATA هنوز بیشتر در درایوهای 3.5 اینچی استفاده می‌شود.

ساختار و عملکرد NVMe

ارتباط با گذرگاه: PCIe  درایوهای NVMe به طور مستقیم با گذرگاه PCI Express (PCIe) ارتباط برقرار می‌کند. PCIe یک رابط پرسرعت برای اتصال دستگاه‌های جانبی است و پهنای باند بسیار بالاتری نسبت به رابط‌های سنتی مانند SATA دارد.

  • PCIe 3.0:هر خط (lane) می‌تواند تا 1 گیگابایت بر ثانیه انتقال دهد. (NVMe معمولاً از 4 خط استفاده می‌کند = 4 گیگابایت/ثانیه
  • PCIe 4.0:هر خط تا 2 گیگابایت بر ثانیه. (سرعت مجموع = 8 گیگابایت/ثانیه)
  • PCIe 5.0 و 6.0: سرعت حتی بیشتر برای نسل‌های آینده.

تعداد صف‌های دستوری: AHCI تنها یک صف دستوری با حداکثر 32 دستور را پشتیبانی می‌کند. در مقابل، NVMe تا 64 هزار صف دستوری و هر صف تا 64 هزار دستور را مدیریت می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود پردازش موازی Parallel Processing  بهبود یابد و سرعت کلی سیستم افزایش پیدا کند.

مدیریت تأخیر پایین: NVMe به گونه‌ای طراحی شده که به حافظه اصلی (RAM) نزدیک‌تر باشد. این نزدیکی سخت‌افزاری باعث می‌شود تأخیر کاهش یافته و سرعت خواندن/نوشتن بهبود یابد.

فرم‌فکتورهای NVMe

NVMe در چندین نوع فرم‌فکتور موجود است که هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده‌اند:

M.2: مشهورترین فرم‌فکتور NVMe.به شکل ماژول‌های مستطیلی و کوچک که مستقیماً روی مادربرد نصب می‌شوند.

ابعاد مختلف مانند 2280 (طول 80 میلی‌متر) یا 2230 (طول 30 میلی‌متر).از دو پروتکل پشتیبانی می‌کند NVMe و SATA برای SSDهای قدیمی‌تر.

U.2: برای سرورها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی سطح بالا.استفاده میشود و کابل جداگانه برای اتصال، معمولاً در فرم 2.5 اینچی دارد.

Add-in Card (AIC): کارت‌های NVMe که به اسلات PCIe روی رایزر متصل می‌شوند در این دسته قرار میگیرند.

مزایا و معایب NVMe

مزایا:

  • سرعت فوق‌العاده بالا: انتقال داده‌ها با سرعت چند گیگابایت در ثانیه.
  • عملکرد چندوظیفه‌ای بهتر: مناسب برای اجرای همزمان چند برنامه.
  • عمر طولانی‌تر: طراحی بهینه برای کاهش فرسودگی.
  • پشتیبانی از نسل‌های جدید حافظه‌ها: مثل حافظه‌های Optane اینتل.

معایب:

  • قیمت بالاتر: SSDهای NVMe معمولاً گران‌تر از SSDهای SATA هستند.
  • نیاز به مادربرد سازگار: سیستم‌هایی که قدیمی هستند ممکن است NVMe را پشتیبانی نکنند یا نیاز به آداپتور داشته باشند.
  • تولید گرما: سرعت بالاتر می‌تواند منجر به تولید حرارت بیشتر شود. برخی دستگاه‌ها به هیت‌سینک (خنک‌کننده) نیاز دارند.

کاربردهای پیشرفته NVMe

  1. گیمینگ:
    • کاهش زمان بارگذاری بازی‌ها.
    • تجربه بازی‌های جهان باز (Open World) بدون تأخیر در بارگذاری محتوا.
  2. سیستم‌های حرفه‌ای تولید محتوا:
    • سرعت در ویرایش ویدیوهای 4K/8K.
    • پردازش سریع فایل‌های حجیم مانند مدل‌های سه‌بعدی.
  3. دیتاسنترها و سرورها:
    • مدیریت حجم بالای درخواست‌ها در پایگاه‌های داده.
    • پشتیبانی از زیرساخت‌های ابری با تأخیر کم.
  4. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین:
    • سرعت‌دهی به پردازش داده‌های بزرگ (Big Data).
    • تسریع فرایندهای آموزشی مدل‌ها.

آینده NVMe

حافظه‌های QLC و PLC: استفاده از سلول‌های حافظه جدید برای کاهش هزینه و افزایش ظرفیت.

PCIe 5.0 و PCIe 6.0: سرعت‌های انتقال داده با نسل‌های جدید PCIe به 12 و 16 گیگابایت بر ثانیه افزایش می‌یابد.

حافظه‌های Optane: ادغام تکنولوژی NVMe با حافظه‌های Optane برای دسترسی فوق سریع به داده‌ها.

NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF): ارتباط سریع بین سرورها از طریق شبکه و مناسب برای دیتاسنترها و فضای ابری.

اولین فردی باشید که دیدگاه می نویسد...

ارسال پیام