درایو SSD چیست و چگونه کار می‌کند؟

پیشرفت‌های اخیر فناوری در ذخیره‌سازی داده‌ها، کسب‌وکارها و مصرف‌کنندگان را بر آن داشته است تا از هارد دیسک‌های HDD به سمت هارد SSD سریع‌تر و با تأخیر کمتر حرکت کنند. در این پست، ما قصد داریم به این فناوری جدید و همچنین سریع‌ترین و محبوب‌ترین پروتکل موجود برای اتصال آن به مادربرد یعنی NVMe نگاه کنیم.

در حالی که اصطلاحات SSD و NVMe اغلب برای توصیف دو نوع مختلف درایو استفاده می شوند، آنها فناوری های ذخیره سازی متفاوتی هستند که می توانند برای تکمیل یکدیگر استفاده شوند. SSD ها نوعی ذخیره سازی مبتنی بر semiconductor هستند که همراه با حافظه فلش استفاده می شوند و NVMe پروتکلی برای انتقال داده با کاهش overhead سیستم در هر عملیات ورودی/خروجی در ثانیه است که در هارد SSD های دارای حافظه فلش استفاده می شود.

تفاوت بین فناوری NVMe و SSD ظریف است و می تواند گیج کننده باشد، در حالی که هر دستگاه NVMe یک درایو SSD است، اما همه SSD ها NVMe نیستند. بر اساس گزارش ۲۰۲۳) International Data Corporation (IDC، NVMe برای سرعت بخشیدن به انتقال داده ها به سیستم های متصل از طریق PCI express، یک گذرگاه serial expansion که برای اتصال یک کامپیوتر به یک یا چند دستگاه جانبی استاندارد بوده، طراحی شده است.

با این حال، همه SSD ها از فناوری PCIe استفاده نمی کنند و برخی از رابط‌های قدیمی‌تر SATA و SAS که برای HDD طراحی شده‌اند، استفاده کرده و آنها را با دستگاه‌های قدیمی‌تر سازگار می‌کند. در ادامه با پیام هاست همراه باشید تا اطلاعات بیشتری در اختیارتان بگذاریم.

SSD چیست؟

قبل از اختراع SSD ها، هارد دیسک ها و فلاپی ها پرکاربردترین درایوهای ذخیره سازی در بازار بودند. اما در حالی که هارد دیسک‌ها و درایوهای فلاپی هر دو برای ذخیره داده‌ها به آهنربا متکی هستند، SSDها از فناوری جدیدی به نام NAND استفاده می‌کنند – یک نوع ذخیره‌سازی غیرفرار که برای حفظ داده‌های خود نیازی به برق ندارد. در یک SSD، هر چیپ حافظه از بلوک‌هایی ساخته شده است که حاوی سلول‌هایی است که هر کدام بیت‌های حافظه خود را دارند.

بر خلاف HDD هایی که به دلیل صفحات، دیسک های چرخان و هدهای read/write دارای تاخیر ذاتی و زمان دسترسی هستند، SSD ها فاقد قطعات متحرک هستند و این باعث می شود سرعت آنها بسیار بیشتر شود. از اوایل تا اواسط دهه ۲۰۰۰، SSD ها به دلیل عملکرد عالی و سرعت بسیار بالا، محبوبیت خود را هم در بازار مصرف کننده و هم در بازار شرکت ها افزایش داده اند.

SSD های NVMe

برای سریع‌ترین سرعت‌های انتقال داده موجود، به NVMe SSD نگاه نکنید. SSD های NVMe از طریق PCIe خود می توانند به سرعت انتقال تا ۲۰ گیگابیت در ثانیه دست یابند که بیش از سه برابر سرعت یک SSD SATA است. یکی دیگر از ویژگی های جذاب یک درایو NVMe دقیقاً به نام آن است – حافظه غیر فرار. این مشخصات به این معنی است که بر خلاف انواع دیگر درایوها، برای یک دستگاه NVMe برای حفظ حافظه خود نیازی به برق نیست. علاوه بر این، برخلاف سایر فناوری‌ها، ذخیره‌سازی NVMe می‌تواند مستقیماً با استفاده از سوکت PCIe به CPU رایانه متصل شود و حافظه فلش درایو را از طریق PCIe بر خلاف درایور SATA که کندتر است، قادر می‌سازد کار کند.

SSD های SATA

یکی دیگر از انواع محبوب SSD ها، درایو SATA است که اخیراً به دلیل سازگاری با فناوری های قدیمی تر، محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. در حالی که SSD های NVMe هنوز پهنای باند بیشتری دارند، بسیاری از رایانه های قدیمی از فناوری NVMe یا PCIe پشتیبانی نمی کنند و رابط SATA را به بهترین گزینه تبدیل می کند. SSD های SATA می توانند به حداکثر سرعت انتقال داده شش گیگابیت در ثانیه دست یابند که کندتر از سایر رابط های جدیدتر است، اما همچنان به طور قابل توجهی سریعتر از یک هارد HDD است.

SSD های M.2

درایوهای M.2 که در سال ۲۰۱۲ معرفی شدند، نوعی از هارد SSD هستند که می توانند مستقیماً با استفاده از فرم فاکتور M.2 به مادربرد رایانه متصل شوند. در مقایسه با انواع دیگر SSD ها، درایوهای M.2 کارآمدتر هستند و فضای کمتری را اشغال می کنند. آنها همچنین کوچکتر و سریعتر از SSDهای ۲.۵ اینچی پرکاربرد هستند و برای اتصال نیازی به کابل ندارند. با وجود اندازه نسبتا کوچک، M.2 ها می توانند به اندازه همتایان خود ،تا هشت ترابایت (TB) ، اطلاعات ذخیره کنند و با هر مادربردی که دارای اسلات M.2 است سازگار است. وقتی از رابط NVMe استفاده می‌کنند، SSDهای M.2 NVMe می‌توانند از سریع‌ترین سرعت‌های انتقال داده موجود امروز را ارائه دهند.

SSD های PCIe

PCIe SSD یک کارت expansion است که کامپیوتر را با استفاده از استاندارد گذرگاه serial expansion PCIe به اجزای مختلف (مانند کارت گرافیک یا دستگاه ذخیره‌سازی خارجی) متصل می‌کند. اسلات‌های PCIe در پنج اندازه مختلف (x2، x3، x4…) در دسترس هستند که x به تعداد خطوطی که هر کارت برای انتقال داده دارد، اشاره دارد.

NVMe چیست؟

NVMe (non-volatile memory express) یک پروتکل انتقال داده است که برای ذخیره سازی فلش و هارد SSD طراحی شده است. این پروتکل در سال ۲۰۱۱ به عنوان جایگزینی برای پروتکل های SATA و Serial Attached SCSI (SAS) که استاندارد صنعتی در آن زمان بودند، معرفی شد و توان عملیاتی بهتری نسبت به پیشینیان خود دارد. علاوه بر بهبود در ذخیره سازی و فناوری، NVMe به توسعه فناوری های مهمی از جمله اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) که همزمان در حال توسعه بودند، کمک کرد.

از سال ۲۰۱۱، فناوری NVMe خود را از طریق پهنای باند بالا و سرعت انتقال داده فوق العاده سریع متمایز کرده است. به دلیل بهبود درایورهای NVMe ، SSD های NVMe می توانند زمان پاسخ و سرعت نوشتن را بهینه کنند و به کاهش تأخیر برای جلوگیری از bottleneck های CPU کمک کنند. علاوه بر این، فناوری NVMe دارای زیرساخت کمتری در سطح سازمانی است و از انرژی کمتری نسبت به SCSI استفاده می‌کند.

درایوهای NVMe با عملکرد برتر می‌توانند از ۳۰۰۰ مگابایت در ثانیه فراتر بروند و برخی از مدل‌های جدیدتر به سرعت ۷۵۰۰ مگابایت بر ثانیه می‌رسند. NVMe بر خلاف نسخه قبلی خود، Serial Advanced Technology Attachment (SATA)، برای storage media با کارایی بالا و غیر فرار طراحی شده است که آن را به گزینه ای عالی برای محیط های محاسباتی چالش برانگیز و غنی از داده تبدیل می کند.

PCIe bus

SSD های NVMe از طریق PCIe bus به حافظه فلش دسترسی دارند که کنترل کننده « middleman» را حذف می کند و تأخیر را تا حد زیادی کاهش می دهد. با این حال، NVMe ها همچنین می توانند بر روی هر نوع اتصال “فابریک” – مانند Fibre Channel و Ethernet- و در Ethernet، iWarp، RoCEv2، iSER و NVMe-TCP اجرا شوند. PCIe Gen4 آخرین مشخصات PCI Express است و سرعت انتقال داده آن دو برابر Gen3 است. در حالی که Gen3 PCI دارای نرخ انتقال GT/s 8 در هر خط PCIe است، در Gen4 برابر ۱۶ GT/s یا ۲ گیگابایت بر ثانیه در هر خط PCIe است.

NVMe یا SSD: چه نوع ذخیره سازی داده برای شما مناسب است؟

هیچ راهی برای مقایسه دقیق فناوری NVMe و SSD وجود ندارد، زیرا آنها متفاوت هستند و اغلب مکمل یکدیگر هستند. SSD های NVMe برخی از سریع ترین سرعت های انتقال داده موجود را ارائه می دهند، اما این بدان معنا نیست که آنها لزوما انتخاب مناسبی برای نیازهای شما هستند. هنگام انتخاب راه حل ذخیره سازی داده ها، عوامل زیادی نقش دارند. برای کمک به این فرآیند، برخی از محبوب‌ترین گزینه‌های موجود را با چهار عامل مهم مقایسه کرده‌ایم: قیمت، مشخصات فنی، ظرفیت ذخیره‌سازی و سرعت.

• قیمت: تا همین اواخر، SSD های SATA نسبتاً ارزان تر از SSD های NVMe بودند و آنها را به انتخابی جذاب برای کاربرانی که بودجه فکر می کردند تبدیل می کردند. با این حال، قیمت درایوهای NVMe SSD در چند سال گذشته کاهش یافته است، زیرا این فناوری به طور گسترده در دسترس قرار می‌گیرد و باعث می‌شود قیمت کمتر باشد. امروزه، برند محبوب SSDهای سامسونگ – در انواع NVMe و SATA و با فضای ذخیره سازی قابل مقایسه – قیمتی بین ۶۴ تا ۱۳۰ دلار در آمازون دارد.
• مشخصات فنی: بسیاری از دستگاه‌های قدیمی‌، از فناوری جدیدتر و سریع‌تر NVMe پشتیبانی نمی‌کنند، بنابراین یک SATA SSD انتخاب ضروری است. قبل از خرید یک هارد SSD کاربران همچنین باید مطمئن شوند که سیستم آنها اتصالات PCIe کافی برای پشتیبانی از تعداد دستگاه هایی که می خواهند به آن متصل شوند، دارد. بسیاری از مادربردها فقط دو یا سه اسلات دارند که تعداد دستگاه هایی را که می توانند متصل کنند محدود می کند.
• ظرفیت ذخیره سازی: SSD های NVMe و SATA معمولاً در دو گزینه ۱ ترابایتی یا ۲ ترابایتی عرضه می شوند(البته در گزینه های کمتر مثل ۱۲۸،۲۵۶،۵۱۲ گیگ نیز عرضه می شود). کاربرانی که به دنبال ظرفیت بیشتر هستند می توانند به مدل های ۴ ترابایتی و ۸ ترابایتی ارتقا دهند، اما با قیمت بالاترخواهد بود.
• سرعت: عامل اصلی تمایز SSD های NVMe سرعت و عملکرد است. فناوری NVMe از یک رابط PCIe استفاده می کند که آن را قادر می سازد مستقیماً به یک CPU متصل شود و تأخیر را کاهش دهد و پاسخگویی را بهبود بخشد. اما برخی از کاربران به این سطح از سرعت نیاز ندارند، در این صورت SATA SSD می‌تواند گزینه کمی ارزان‌تر باشد. درست است که آنقدر سریع نیستند ولی SSD های SATA هنوز هم داده ها را سریعتر از همتایان قدیمی HDD خود انتقال می دهند. بسته به نیاز شما، سرعت SATA SSD ممکن است کافی باشد.

موارد استفاده از SSD و NVMe

در سطح سازمانی، سرعت و عملکرد فناوری NVMe به سختی قابل چشم پوشی است. در حالی که برخی از شرکت‌ها هنوز از SATA SSD استفاده می‌کنند، اما در میان مصرف‌کنندگانی که به دنبال ارتقاء سرعت و عملکرد لپ‌تاپ یا رایانه شخصی هستند که برای بازی یا اجرای برنامه‌های اداری استفاده می‌کنند، رایج‌تر هستند. در اینجا برخی از رایج ترین موارد استفاده از SSD ها آورده شده است.

High-performance/high-speed computing: توانایی SSD های NVMe برای مدیریت پردازش parallel ، آن را به یک راه حل ایده آل برای بسیاری از محیط های محاسباتی پیچیده و سخت امروزی تبدیل می کند. بسیاری از برنامه‌های کاربردی پر تقاضا، مانند برنامه‌های معاملاتی مالی با فرکانس بالا و استقرار هوش مصنوعی و ML، برای دسترسی سریع به حجم زیادی از داده‌ها به SSDهای NVMe متکی هستند.

برنامه‌های محاسباتی فشرده: برنامه‌هایی که دارای تعامل زیاد و سریع با مشتری هستند، اغلب برای اجرای بارهای کاری خود به فناوری NVMe متکی هستند. نمونه‌هایی از این برنامه‌ها شامل e-commerce ، امور مالی شخصی و بسیاری از اپلیکیشن‌های بومی ابری است.

مراکز داده: SSD های NVMe به مراکز داده در همه جا کمک می کنند تا قابلیت های ذخیره سازی خود را گسترش دهند و به سرعت های بالایی در انتقال دیتا دست پیدا کنند. در حالی که SSD های SATA هنوز در سطح سازمانی مورد استفاده قرار می گیرند، طبق گزارش اخیر Enterprise Strategy Group (ESG)، تقریباً سه چهارم کسب و کارها یا قبلاً به ذخیره سازی NVMe SSD روی آورده اند یا در حال برنامه ریزی هستند.

ادیت ویدئو: بسیاری از ویرایشگرهای ویدئویی از NVMe و SATA SSD برای افزایش فضای ذخیره سازی خود استفاده می کنند و همچنان سرعت پردازش بالایی را که نیاز دارند را دریافت می کنند. یک نمونه هارد SSD کوچک و بسیار قابل حمل NVMe M.2 است که یک راه حل ایده آل برای رایانه های سبک وزن مانند لپ تاپ، نوت بوک و اولترابوک است.

بازی: گیمرهای حرفه ای در همه جا به زمان render سریعی بستگی دارند که هر دو SSD NVMe و SATA ارائه می کنند. هر دو نوع هارد SSD می توانند تجربه بازی روان و سریع را با قیمت های قابل مقایسه ارائه دهند، همچنین سرعت و عملکرد برنامه های روزانه را برای هر رایانه شخصی بهبود می بخشند.