نسل جدید هاردهای امروزی را می توان انقلابی در زمینه سرورها و رایانه ها دانست. این نسل از هاردها NVM Express یا به اختصار NVMe نام دارند که استانداردی جدید برای دسترسی به حافظه‌های SSD فوق سریع است و هدف نهایی آن کاهش تأخیر، افزایش تعداد اعمال ورودی و خروجی در ثانیه و نیز کاهش مصرف انرژی است. حتما مطلع هستید که پویش سرور با ارتقای هارد تمامی سرورهای خود به این نوع هارد، تلاش کرده تا سرعت شما کاربران را به حداکثر برساند.
چند سال پیش فقط هارددیسک درایوها 2.5 یا 3.5 اینچی را در کامپیوترهای سریع می‌دیدیم. پورت ساتا 2 و ساتا 3 با پهنای باند 3 و 6 گیگابیت بر ثانیه به خوبی سرعت بهترین درایوهای دیسک سخت (هارددیسک) را آشکار می‌کردند و محدودیتی وجود نداشت. با معرفی SSDهای سریع و پیشرفت آنها، پورت ساتا 3 مناسب نبود و از این رو اس‌اس‌دی‌های خاصی معرفی شدند که از واسطی سریع مثل پی‌سی‌آی اکسپرس بهره می‌گرفتند تا سرعت بسیار بالای خود را نمایان کنند. در نسل قبلی بدلیل عدم امکان پایاپایی هارد دیسک با رم و سی پی یو، شاهد پدیده وقفه تکنولوژیکی بودیم بهمین دلیل سرعت کاهش پیدا کرده، رم و سی پی یو فشار زیادی را متحمل می شدند. پردازنده (CPU) ها،حافظه های رم (RAM) و باس های ارتباطی به حدی سریع شده بودند که می توانستند برخی از مقادیر Data را به صورت فرکانس ارسال نمایند! تنها کافی بود که کمی Bus در محاسبات توان عبور خود اشتباه می کرد و آن وقت بود که اطلاعات با سرعتی بیشتر از سرعت نور ارسال شده و مقداری از آن نیز به فرکانس تبدیل می شد. پورت SATA II و SATA III با پهنای باند 3 و 6 گیگابیت بر ثانیه (با گیگابایت بر ثانیه اشتباه نگیرید!) جای خود را به ساتا اکسپرس، پی‌سی‌آی اکسپرس و M.2 که مبتنی بر باس‌های مختلف و از همه مهم‌تر باس سریع پی‌سی‌آی اکسپرس 3.0 است، داده‌اند و زمینه برای معرفی کارت‌های اس‌اس‌دی فوق سریع آماده شده است. از طرفی قیمت محصولات جدیدی که تدریجاً رونمایی می‌شوند، پایین‌تر از ارقام سرسام‌آور درایوهایی مثل OCZ RevoDrive است.
NVMe چیست؟
Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification یا به صورت مخفف NVMHCI مشخصه‌های باس ارتباطی جدیدی برای دسترسی سریع‌تر به درایوهای SSD متصل شده از طریق پی‌سی‌آی اکسپرس است. Non-Volatile Memory یا حافظه‌ی غیر-فرّار به حافظه‌ای گفته می‌شود که داده‌های موجود با قطعی جریان الکتریکی، از بین نمی‌روند و در واقع فرّار نیستند. NVMe نوعی دیگری از NVM است که تأخیر پایین‌تر و ارتباط موازی‌تری دارد. بنابراین NVM Express سرعت عمل SSDها را افزایش می‌دهد. در نسل قبلی بدلیل عدم امکان پایاپایی هارد دیسک با رم و سی پی یو، شاهد پدیده وقفه تکنولوژیکی بودیم بهمین دلیل سرعت کاهش پیدا کرده، رم و سی پی یو فشار زیادی را متحمل می شدند. دقت کنید که NVM Express استانداردی برای تسریع عملکرد درایوهای مبتنی بر کانکتور M.2، ساتا اکسپرس و همین‌طور SSDهایی به شکل کارت‌های پی‌سی‌آی اکسپرس است و پورتی جدید محسوب نمی‌شود.
بنابراین:
NVM Express یا به اختصار NVMe است، استانداردی جدید برای دسترسی به حافظه‌های SSD فوق سریع است که استفاده از آن به معنی کاهش تأخیر، افزایش تعداد اعمال ورودی و خروجی در ثانیه و نیز کاهش مصرف انرژی است.
مطمناً با هارد دیسک های SSD آشنایی کامل دارید که با سرعت بالای خود (بیش از ۵۱۱% نسبت به هارد های SATA ) به پیشتازی می پرداختند اما بدلیل درگاه اتصال SATA این هارد ها از تمام پتانسیل خود بهره نمی بردند تا اینکه شرکت INTEL با درک این موضوع با کمک ۹۰ شرکت دیگر راه حل را پیدا نمود.
اهمیت NVMe
بدون استانداردی جامع، سیستم عامل و نرم‌افزارها نمی‌توانند ارتباط بهینه‌ای با سخت‌افزار داشته باشند. برای اینکه بتوان ویندوز، لینوکس یا مک را از فضای ذخیره‌سازی مثل SSD مبتنی بر پی‌سی‌آی اکسپرس بوت کرد، به درایور مناسب نیاز داریم و بدون استاندارد، ارایه‌ی یک درایور برای تمام SSDها غیر ممکن است.
هارد اکسترنال USB معمولاً نیازی به درایور ندارد! موس و کیبورد هم همین‌طور.
پورتی مثل USB را در نظر بگیرید، بسیاری از وسایل متصل شده از طریق این پورت، حتی بدون درایو اختصاصی هم کارشان را به درستی انجام می‌دهند چرا که بنابر استاندارد، ویندوز و دیگر سیستم عامل‌ها پذیرای این محصولات هستند. البته محصولات خاص به درایو اختصاصی نیاز دارند که سازنده می‌بایست آن را به همراه وسایل عرضه کند.
بنابراین اینتل در سال ۲۰۰۷ اولین نسخه‌ی استاندارد NVMHCI را منتشر کرد. در سال ۲۰۰۹ گروهی با عضویت بیش از ۹۰ کمپانی بزرگ کار روی NVMe را آغاز کرد و در سال ۲۰۱۱ اولین نسخه‌ی استاندارد NVMe تهیه شد. نسخه‌های بعدی برای اضافه کردن قابلیت‌ها و امکانات بیشتر و نیز افزایش عملکرد در سال‌های بعدی منتشر شدند و محصولات جدید سازگار با استاندارد NVMe تدریجاً از سال ۲۰۱۳ وارد بازار شدند.
(مقایسه هارد های SSD با هارد های SSD NVMe که تا ۵٫۶ برابر سرعت بالاتری برخوردار بودند دقت کنید هارد های SATA در این مقایسه نیستند)
اهداف شکل‌گیری استاندارد NVMe را در بنچ‌مارک‌ها دنبال کنیم
هدف اصلی همان چیزی است که پیش‌تر بیان شد، استانداردسازی درایوهای SSD فوق سریع و شکل‌گیری درایور مرجع برای تمام سیستم عامل‌ها. اما دیگر اهدافی که در تدوین استاندارد NVMe لحاظ شده، کاهش تأخیر، افزایش اعمال ورودی و خروجی یا IOPS و کاهش مصرف انرژی است.
برد مرجع NVMe مطابق شکل زیر طراحی شده، کانکتور آن PCIe 3.0 x8 است و شامل حداکثر 4 گیگابایت رم DDR3 و حداکثر 2 ترابایت فلش SLC یا 4 ترابایت فلش MLC است:
SSD 750 اینتل اولین درایو SSD برای بازار مصرف‌کنندگان معمولی و نه سرور و دیتاسنتر است. درایوی که در دو ظرفیت 400 و 1.2 ترابایت معرفی شده و از واسط چهار مسیره‌ی پی‌سی‌آی‌اکسپرس بهره می‌برد.
سرعت خواندن و نوشتن ترتیبی این درایو به ترتیب 2400 و 1200 مگابایت بر ثانیه اعلام شده که البته بسته به طول صف خواندن و نوشتن می‌تواند کمتر و اندکی بیشتر شود. در بررسی آناندتک نتایج زیر به دست آمده است:
سرعت خواندن ترتیبی درایو SSD 750 اینتل، بسته‌های 128 کیلوبایتی
NVMe قابلیت موازی‌سازی اعمال را چند برابر می‌کند.
البته هنوز هم برخی محصولات موجود مثل درایو SM951 سامسونگ که مبتنی بر کانکتور M.2 است و از همان ارتباط 4 مسیره‌ی پی‌سی‌آی‌اکسپرس استفاده می‌کنند، عملکرد بهتری دارند ولیکن SSD 750 اینتل اولین محصول در این گروه است و قرار نیست بهترین باشد، از طرفی یکی از مشخصه‌های استاندارد NVMe این است که از 64000 صف ورودی و خروجی که هر یک می‌تواند حداکثر 64000 دستور داشته باشد، پشتیبانی می‌کند. بنابراین مزیت درایو SSD 750 زمانی آشکار می‌شود که طول صف زیاد شود و این مهم را در نمودار فوق می‌بینیم.
زمانی که طول صف اعمال ورودی و خروجی 1، 2 و 4 باشد، متوسط سرعت درایوها به صورت زیر است که برتری محصول سامسونگ در بنچ‌مارک خواندن داده را نشان می‌دهد:
متوسط سرعت با طول صف 1، 2 و 4
متوسط سرعت با طول صف 1، 2 و 4
در خواندن و نوشتن تصادفی، با توجه به اینکه SSD 750 اینتل حداکثر اعمال ورودی خروجی در ثانیه را به ارقام فوق‌العاده بالای 440 هزار و 290 هزار نزدیک می‌کند، انتظار داریم که سرعت آن بسیار بالا باشد و در عمل هم همین‌گونه است:
سرعت خواندن و نوشتن تصادفی داده‌های 4 کیلوبایتی
سرعت خواندن و نوشتن تصادفی داده‌های 4 کیلوبایتی
سرعت خواندن و نوشتن تصادفی داده‌های 4 کیلوبایتی
همان‌طور که مشاهده می‌کنید نه درایو رده اول سندیسک و نه کارت SSD فوق سریع سامسونگ در حالتی که 50 درصد خواندن و 50 درصد نوشتن صورت بگیرد، سرعتی بالاتر از 100 مگابایت بر ثانیه ندارد حال آنکه SSD 750 با پیروی از استاندارد NVMe به سرعت 160 مگابایت بر ثانیه دست پیدا می‌کند.
