محبوبیت زیاد انواع حافظه‌ NVMe SSD به دلیل سرعت بسیار بالای آن‌ها است.
اما تفاوت اصلی میان آن‌ها و SATA SSD‌ در چیست؟

حافظه NVMe  مخفف non-volatile memory express (رابط کنترل‌کننده‌ی میزبان حافظه غیرفرار) است.
یک رابط ارتباطی برای حافظه‌های SSD است.
این رابط توسط کنسرسیومی متشکل از کمپانی‌های همچون اینتل، سامسونگ، سن‌دیسک، دل و سیگیت توسعه داده شده است.
این پروتکل در حقیقت استفاده از باس PCIe را برای حافظه‌های SSD ممکن می‌سازد.
درواقع NVM Express به نرم‌افزار و سخت‌افزار میزبان این امکان را می‌دهد تا از حداکثر موازی‌سازی در SSD‌های مدرن استفاده کنند.

تکنولوژی NVMe در گذشته به‌عنوان گزینه‌ای غیرضروری اما پرکاربرد در ذخیره‌سازی اطلاعات به‌شمار می‌رفت.
اما اکنون این قابلیت به موردی مهم که خریداران کامپیوتر‌های مدرن بهتر است به داشتن آن توجه کنند بدل شده است.
اگر به‌تازگی کامپیوتری خریداری کرده‌اید، می‌توانید از این تکنولوژی برای افزایش سرعت استفاده کنید.

استفاده از پروتکل حافظه SSD‌ NVMe باعث بهبود سرعت  I/O‌های خواندن و نوشتن می‌شود.
همچنین در این حافظه‌ها زمان تأخیر بسیار کم است.
فرایند بهبودیافته بررسی ردیف‌های چندگانه فرامین، سرعت و عملکرد حافظه را تا حد زیادی در این تکنولوژی بهبود می‌دهد.
حافظه NVMe SSD گزینه‌‌ای برای جایگزینی SCSI و ATA محسوب می‌شود.
با این هدف که به حداکثر ظرفیت حافظه های بازار دست یابد.

کنترل‌ها و ساختار حافظه NAND در SSD‌ها، امکان رسیدن به سرعت‌های بالا را فراهم کردند.
اما اگر یک روند و درگاه مناسب برای رسیدن به سرعت‌های بالا وجود نداشت این پتانسیل‌ها بلااستفاده باقی می‌ماندند.
حافظه NVMe SSD که مبتنی بر PCIe است‌، درحقیقت موانع درگاهی برای انتقال داده را برداشته است.
درحقیقت به‌دلیل استفاده از رابط‌های قدیمی، بسیاری از حافظه‌های SSD نمی‌توانند به حداکثر ظرفیت خود در سرعت انتقال اطلاعات برسند.
همچنین استاندارد جدید می‌تواند موجب افزایش بیش‌ از‌ پیش فاصله‌ی میان این نوع حافظه‌ها و حافظه‌های مکانیکی قدیمی‌ شود.

تاریخچه کوتاهی از NVMe

اولین جزئیات و اخبار پیرامون استاندارد جدید حافظه در سال ۲۰۰۷ رسانه‌ای شد.
توسعه‌ی فنی رابط NVMe از سال ۲۰۰۹ آغاز شد و بیش از ۹۰ کمپانی از اینتل فرایند توسعه را پیش گرفتند.
مارس ۲۰۱۱ نسخه ۱.۰ منتشر شد.
نسخه‌ی ۱.۱ برای پشتیبانی از SSD‌ با چندین درگاه PCIe را به نسخه‌ پیشین افزود.

نسخه‌ی ۱.۲ در نوامبر ۲۰۱۴ جهت پشتیبانی زنده از به‌روزرسانی‌‌های فرمور و مصرف کمتر، بهینه شد.
نسخه ۱.۳ که هم‌اکنون نیز شاهد استفاده از آن در حافظه‌ها هستیم از ژوئن ۲۰۱۷ آماده‌‌ شد.
این نسخه پاک‌سازی از بلاک‌های لول پایین روی NAND و فرمور جدیدی را برای حافظه‌های NVMe به ارمغان می‌آورد.

بهبودهای شبیه‌سازی نیز در این نسخه، طرز استفاده از فضای ذخیره‌سازی اشتراکی در زمان وجود کنترلر فیزیکی و مجازی را تعریف می‌کرد.
اطلاعات اولیه از نسخه‌ی ۱.۴ نیز در ژوئن ۲۰۱۹ رسانه‌ای شد.
اما هنوز محصولی مبتنی بر آن وارد بازار نشده است.

حافظه NVMe SSD چگونه کار می‌کند؟

حافظهNVMe  فرامین I/O (ورودی خروجی) و پاسخ‌های آن را در حافظه‌ی مشترک روی رابط PCIe در کامپیوتر میزبان، مپ می‌کند.
این رابط از  I/O‌های موازی و پردازنده‌های چند هسته‌ای جهت نیل به توان عملیاتی بالا و کاهش پدیده گلوگاهی شدن، پشتیبانی می‌کند.

حافظه NVMe SSD اینطور عمل می‌کند که کامپیوتر میزبان یک ردیف فرمان I/O را می‌نویسد.
سپس کنترلر NVMe با برداشتن ردیف‌های I/O آن‌ها را اجرا کرده و فرامین انجام شده را بار دیگر به میزبان ارسال می‌کند.

با تخصیص مسیرهای بیشتر برای پردازش یک درخواست I/O نسبت به SCSI و ATA، نیاز NVMe به پردازنده‌ی مرکزی کمتر می‌شود.
حافظه NVMe از ۶۴ هزار فرمان در یک ردیف پیام و ۶۵۵۳۵ ردیف I/O پشتیبانی می‌کند.
برای مقایسه می‌توان گفت، دستگاه مبتنی بر SAS به حالت عادی حداکثر از ۲۵۶ فرمان پشتیبانی می‌کند.
و یک حافظه SATA نیز حداکثر ۳۲ فرمان را در یک ردیف پشتیبانی می‌کند.

حافظه‌ NVMe SSD و مزایا

حافظه‌ NVMe SSD چیست و چه مزایایی دارد؟

مشکل اصلی سیستم‌ها، حافظه است!

نمی‌توان پیشرفت‌های تولیدکنندگان پردازنده و کارت‌های گرافیک را در ده سال اخیر انکار کرد.
اما حافظه‌های SSD  علت اصلی افزایش سرعت لپ‌تاپ‌ها در نسل‌های کنونی هستند.
برای سال‌های متوالی، سرعت کم ذخیره‌سازی یکی از علت‌های اصلی کند بودن کامپیوترهای شخصی بوده است.
بالا بردن تعداد هسته‌های پردازشی یا فرکانس پردازنده نیز کمکی به سریع‌تر شدن سیستم‌ها نمی‌کرد.
حافظه‌های مکانیکی پتانسیل پردازنده‌ها و کارت‌های گرافیک را تلف می‌کردند.
همچنین افزایش سرعت چرخش آن‌ها نیز، ثمربخش نبود.
در نهایت  SSDها توانستند خلاء ایجادشده میان قدرت پردازنده و سرعت حافظه را پر کنند.

برای مثال اگر طی دو سال اخیر اقدام به خریداری مک‌بوک پرو کرده‌ باشید، متوجه شده اید که سرعت دستگاه‌ نسبت به قبل، افزایش چشمگیری داشته است.
برنامه‌ها در یک چشم‌ برهم زدن باز و فایل‌ها نیز به‌سرعت روی دستگاه ذخیره می‌شوند.
همچنین روشن و خاموش شدن دستگاه تنها در چند ثانیه صورت می‌گیرد.
تمامی موارد گفته‌شده، به‌دلیل استفاده از انواع حافظه‌ NVMe SSD در نسل‌های اخیر مک‌بوک پرو است.
این کار می‌تواند خواندن و نوشتن اطلاعات را ۴ برابر سریع‌تر از حافظه‌های SATA SSD انجام دهد.

سرعت شناسایی مسیر اطلاعات نیز ۱۰ برابر بیشتر از گذشته شده است.
این در حالی است که حافظه‌های SATA SSD خود چندین برابر پرسرعت‌تر از انواع HDD هستند.
تمامی این اعداد می‌تواند نشان‌دهنده‌ی سرعت بسیار زیاد حافظه‌های مبتنی بر استاندارد NVMe باشد.

میانگین سرعت

میانگین سرعت قابل دستیابی در حافظه‌های مکانیکی حدود ۲۰۰ مگابایت بر ثانیه است.
اما این مقدار برای حافظه‌های SATA SSD به‌رقم ۵۵۰ مگابایت بر ثانیه می‌رسد.
برای حافظه NVMe SSD  نیز به‌ بیش از ۳ گیگابایت بر ثانیه می‌رسد.
البته مشخص است که بسیاری از کاربران به چنین سرعتی نیاز ندارند.
حتی کاربران حرفه‌ای نیز در استفاده روزمره، به حداکثر پتانسیل سرعت در استاندارد NVMe دست‌ پیدا نمی‌کنند.
اما افزایش این مقدار می‌تواند به‌طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد کامپیوتر‌ها شود.

در تست‌های مختلف، SSD‌های NVMe سرعت بسیار بیشتری نسبت به نمونه‌های SATA داشتند.
محصول Samsung 970 Pro یک حافظه‌ NVMe SSD رده بالا و ADATA XPG SX6000 Lite یک حافظه NVMe اقتصادی است.
با وجود اینکه هر دو از NVMe 1.3 بهره می‌برند، تفاوت زیادی در سرعت آن‌ها دیده می‌شود.

اگر نمودار میزان پیشرفت حافظه‌ها در ۱۰ سال اخیر رسم شود، می‌تواند پیشرفت‌های صورت‌گرفته در حوزه‌ی پردازش کامپیوتر‌های شخصی را کم‌رنگ کند.
اما سرعت پایین‌تر موجب نشده است که نسل‌های قدیمی از جمله HDD حذف شوند.
این نوع حافظه‌ها هم‌چنان برای ذخیره‌سازی انبوه اطلاعات، گزینه‌ی بهتری به‌شمار می‌روند.
زیرا به ‌نسبت حافظه‌های  SSD، قیمت کمتری دارند و در حجم‌های بالا، این فاصله بسیار محسوس‌تر می‌شود.

بهتر است سیستم‌ عامل‌ها، برنامه‌ها و داده‌های پراستفاده روی انواع حافظه‌ NVMe SSD یا در صورت عدم دسترسی، روی SATA SSD قرار گیرند تا سرعت سیستم افزایش پیدا کند.

درگاه SATA توانسته است در نسخه ۳.۳ خود به سرعت ۱۶ گیگابیت‌برثانیه دست پیدا کند.
اما بیشتر درگاه‌های تجاری موجود در کامپیوتر‌ها از ظرفیت اسمی ۶ گیگابیت‌برثانیه فراتر نمی‌روند.
در عملکرد واقعی نیز سرعت آن‌ها به‌سختی به ۵۵۰ مگابایت بر ثانیه می‌رسد.
حتی سری ۳.۳ این تکنولوژی بسیار کندتر از پتانسیل حافظه‌های SSD امروزی است.
مخصوصاً اگر در پیکربندی RAID از آن‌ها استفاده شود.

تکنولوژی PCI Express

در قدم بعدی، استفاده از تکنولوژی PCI Express در دستور کار بسیاری از تولیدکنندگان قرار گرفت.
که به‌صورت پیش‌فرض در کامپیوتر‌ها برای انتقال اطلاعات مربوط به کارت گرافیک وجود داشت.
این تکنولوژی از نسل سوم به بعد قابلیت استفاده از چندین مسیر (Lane) را تا حداکثر مقدار ۱۶ عدد فراهم می‌کند.
هر یک از آن‌ها می‌توانند حدود ۱ گیگابایت داده را در یک ثانیه منتقل کنند.

درواقع PCIe  به‌عنوان عامل اصلی پیدایش رابط تاندربولت نیز شناخته می‌شود.
این رابط اکنون گزینه‌‌ی اصلی برای اتصال کارت‌های گرافیک اکسترنال مخصوص بازی به کامپیوترها است.
همچنین حافظه‌های اکسترنال NVMe از رابط گفته‌شده بهره می‌برند.
این باعث شده است که سرعت آن‌ها تقریبا همانند حافظه‌های داخلی باشد.
حال بسیاری از کاربران متوجه می‌شوند که اقدام اینتل در جلوگیری از فراموش شدن Thunderbolt چگونه ثمربخش بوده است.

اگرچه ظهور PCLe  به قبل از پیدایش استاندارد NVMe برمی‌گردد، اما استفاده از آن برای ذخیره‌سازی اطلاعات متداول نبوده است.
پروتکل‌های قبلی مورد استفاده دراین‌زمینه مانند SCSI و AHCI همگی در دوران اوج حافظه‌های مکانیکی توسعه یافته بودند.
به‌همین دلیل چندان با ویژگی‌های پیشرفته‌ی  SSDها سازگاری نداشتند.
درنهایت حافظه‌ NVMe SSD توانست با ارائه‌ی قابلیت‌های زیاد، محدودیت‌های استانداردهای قبلی را از بین ببرد.
از جمله کم کردن تأخیر در اجرای فرمان‌ها و افزایش ظرفیت اجرای آن‌ها به‌مقدار ۶۴ هزار عدد.

قابلیت ذکرشده در انواع حافظه‌ اس اس دی اهمیت بسیار زیادی دارد.
زیرا داده‌ها در این نوع محصولات به‌صورت گسترده در واحد‌های ذخیره‌سازی ثبت می‌شوند.
این فرآیند در حافظه‌های مکانیکی به‌طور پیوسته و دایره‌وار صورت می‌گیرد.
اما استاندارد NVMe هم‌چنان درحال پیشرفت است و نسخه‌های جدیدتر آن درحال عرضه به بازار هستند.
در نسخه‌ی ۱.۳۱ این پروتکل، قابلیت استفاده از رم کامپیوتر به‌عنوان حافظه موقت (cache) فراهم شده است.