دفعت التطورات التكنولوجية الحديثة في مجال تخزين البيانات الشركات والمستهلكين إلى الابتعاد عن الأساليب التقليدية محركات الأقراص الثابتة (HDD) نحو أسرع، وأقل الكمون محرك الحالة الصلبة (SSD) تكنولوجيا. في هذه المقالة، سنلقي نظرة على هذه التقنية الجديدة، بالإضافة إلى البروتوكول الأسرع والأكثر شيوعًا المتاح لتوصيله باللوحة الأم للكمبيوتر —الذاكرة غير المتطايرة السريعة (NVMe).

في حين أن مصطلحي SSD وNVMe يُستخدمان غالبًا لوصف نوعين مختلفين من محركات الأقراص، إلا أنهما في الواقع تقنيات تخزين بيانات مختلفة يمكن استخدامها لتكملة بعضها البعض. محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة (SSD) هي نوع من وحدات التخزين القائمة على أشباه الموصلات المستخدمة مع تخزين فلاشو NVMe هو بروتوكول لنقل البيانات مع انخفاض أعباء النظام لكل عمليات الإدخال / الإخراج في الثانية (I / O أو IOPS) المستخدمة في محركات أقراص SSD ذات ذاكرة فلاش.

الاختلافات بين تقنية NVMe و SSD دقيقة ويمكن أن تكون مربكة. على الرغم من أن كل جهاز NVMe هو أيضًا محرك أقراص SSD، إلا أنه ليست كل محركات أقراص SSD هي محركات أقراص NVMe. وفقا ل تقرير مؤسسة البيانات الدولية (IDC) لعام 2023 (يوجد الرابط خارج ibm.com)، وقد تم تصميم NVMe لتسريع نقل البيانات إلى الأنظمة المتصلة عبر PCI Express، وهو ناقل توسعة تسلسلي قياسي لتوصيل الكمبيوتر بجهاز طرفي واحد أو أكثر. ومع ذلك، لا تستخدم جميع محركات أقراص SSD تقنية PCIe؛ يستخدم البعض واجهات SATA وSAS الأقدم التي تم تصميمها لمحركات الأقراص الثابتة، مما يجعلها متوافقة مع الأجهزة القديمة.

ما هو SSD؟

قبل اختراع محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة (SSD)، كانت محركات الأقراص الثابتة (HDD) ومحركات الأقراص المرنة هي محركات التخزين الأكثر استخدامًا في السوق. ولكن في حين تعتمد محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص المرنة على المغناطيس لتخزين البيانات، تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة تقنية جديدة تسمى NAND - وهو نوع تخزين غير متطاير ولا يتطلب طاقة للاحتفاظ ببياناته. في SSD، تتكون كل شريحة ذاكرة من كتل تحتوي على خلايا (تُعرف أيضًا بالصفحات أو القطاعات) ولكل منها أجزاء خاصة بها من الذاكرة.

على عكس محركات الأقراص الثابتة التي تتمتع بزمن وصول متأصل ووقت وصول بسبب أطباقها وأقراصها الدوارة ورؤوس القراءة/الكتابة، لا تحتوي محركات أقراص SSD على أجزاء متحركة، مما يجعلها أسرع بكثير. منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وحتى منتصفه، زادت شعبية محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة (SSD) في كل من سوق المستهلكين والشركات نظرًا لأدائها المتفوق وسرعاتها الفائقة.

NVMe SSDs

للحصول على أسرع سرعات نقل البيانات المتاحة، لا تنظر إلى أبعد من NVMe SSD. من خلال ناقل Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)، يمكن لمحركات أقراص NVMe SSD تحقيق سرعات نقل تصل إلى 20 جيجابايت في الثانية (Gbps) - أي أكثر من ثلاثة أضعاف سرعة محرك أقراص SATA SSD. هناك ميزة أخرى جذابة لمحرك NVMe موجودة في اسمه - الذاكرة غير المتطايرة. تعني هذه المواصفات أنه، على عكس الأنواع الأخرى من محركات الأقراص، لا يلزم وجود طاقة لجهاز NVMe للاحتفاظ بذاكرته. بالإضافة إلى ذلك، على عكس التقنيات الأخرى، يمكن لوحدة تخزين NVMe الاتصال مباشرة بوحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر باستخدام مقبس PCIe وتمكين ذاكرة فلاش محرك الأقراص من العمل من خلال PCIe بدلاً من برنامج تشغيل SATA، وهو أبطأ. 

SATA SSDs

هناك نوع آخر شائع من SSD وهو محرك SATA، والذي أصبح أكثر شيوعًا مؤخرًا بسبب توافقه مع التقنيات القديمة. في حين أن محركات أقراص NVMe SSD لا تزال تتمتع بنطاق ترددي أكبر، فإن العديد من أجهزة الكمبيوتر القديمة لا تدعم تقنية NVMe أو PCIe، مما يجعل واجهة SATA هي الخيار الأفضل. يمكن لمحركات أقراص SATA SSD تحقيق سرعة نقل بيانات قصوى تصل إلى ستة غيغابايت في الثانية (Gbps)، وهي أبطأ من الواجهات الأخرى الأحدث، ولكنها لا تزال أسرع بكثير من محركات الأقراص الثابتة التقليدية.

تعرف على المزيد حول كيفية ارتباط NVMe وSATA

محركات أقراص M.2 SSD

تعد محركات الأقراص M.2، التي تم طرحها في عام 2012، أحد أنواع محركات الأقراص SSD التي يمكنها الاتصال مباشرة باللوحة الأم للكمبيوتر باستخدام عامل الشكل M.2. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من محركات أقراص SSD، تعد محركات الأقراص M.2 أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وتستهلك مساحة أقل. كما أنها أصغر حجمًا وأسرع من محركات أقراص SSD مقاس 2.5 بوصة المستخدمة على نطاق واسع ولا تتطلب كابلات من أي نوع للاتصال. على الرغم من حجمها الصغير نسبيًا، يمكن لبطاقات M.2 أن تحتوي على نفس القدر من البيانات مثل نظيراتها - ما يصل إلى ثمانية تيرابايت (TBs) - وهي متوافقة مع أي لوحة أم تحتوي على فتحة M.2. عندما يستخدمون واجهة NVMe، يمكن لمحركات الأقراص M.2 NVMe SSD توفير بعض من أسرع سرعات نقل البيانات المتوفرة اليوم.

تعرف على المزيد حول كيفية الارتباط بين NVMe وM.2

PCIe SSDs

PCIe SSD عبارة عن بطاقة توسعة تقوم بتوصيل الكمبيوتر بمكونات مختلفة (مثل بطاقة الرسومات أو جهاز تخزين خارجي) باستخدام معيار ناقل التوسعة التسلسلي PCIe. تتوفر فتحات PCIe بخمسة أحجام مختلفة (x2، x3، x4...إلخ) مع x في إشارة إلى عدد الممرات الموجودة في كل بطاقة لنقل البيانات.

ما هو NVMe؟

NVMe (الذاكرة السريعة غير المتطايرة) هو بروتوكول نقل بيانات تم تصميمه لتخزين الفلاش ومحركات أقراص الحالة الصلبة. تم تقديمه في عام 2011 كبديل لبروتوكولات SATA وSerial Attached SCSI (SAS) التي كانت معيار الصناعة في ذلك الوقت، وهو يوفر إنتاجية أفضل من سابقاتها. بالإضافة إلى التحسينات في التخزين والتكنولوجيا، ساهمت NVMe في تطوير تقنيات مهمة كان يتم تطويرها في نفس الوقت، بما في ذلك إنترنت الأشياء (تقنيات عمليات), الذكاء الاصطناعي (منظمة العفو الدولية) و التعلم الآلي (ML).

منذ عام 2011، ميزت تقنية NVMe نفسها من خلال النطاق الترددي العالي وسرعات نقل البيانات الفائقة. بسبب التحسينات التي تم إدخالها على برامج تشغيل NVMe التي تسمح بالتوازي والاستقصاء، يمكن لمحركات أقراص NVMe SSD تحسين أوقات الاستجابة وسرعات الكتابة والمساعدة في تقليل زمن الوصول لتجنب اختناقات وحدة المعالجة المركزية. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع تقنية NVMe ببصمة بنية تحتية أصغر على مستوى المؤسسة وتستخدم طاقة أقل من واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة (SCSI) الشائعة.

يمكن أن تتجاوز محركات أقراص NVMe عالية الأداء 3000 ميجابايت في الثانية (MB/s)، مع وصول بعض الطرازات الأحدث إلى سرعات تصل إلى 7500 ميجابايت/ثانية. على عكس سابقتها، Serial Advanced Technology Attachment (SATA)، تم تصميم NVMe لوسائط التخزين عالية الأداء وغير المتطايرة، مما يجعلها خيارًا ممتازًا لبيئات الحوسبة الصعبة والغنية بالبيانات.

ناقل التوصيل السريع للمكونات الطرفية (PCIe).

تصل محركات أقراص NVMe SSD إلى وحدة تخزين الفلاش من خلال ناقل PCIe الذي يزيل وحدة التحكم "الوسيطة"، مما يقلل زمن الوصول بشكل كبير. ومع ذلك، يمكن أيضًا تشغيل NVMes على أي نوع من أنواع التوصيل البيني "النسيجي" - مثل القنوات الليفية والإيثرنت - وداخل Ethernet وiWarp وRoCEv2 وiSER وNVMe-TCP. PCIe Gen4 هو أحدث مواصفات PCI Express، ومعدل نقل البيانات الخاص به هو ضعف معدل Gen3. في حين أن Gen3 PCIes لديها معدل نقل يبلغ ثمانية جيجا بايت في الثانية (GT/s) لكل ممر PCIe، فإن معدل Gen4 هو 16 GT/s، أو 2 جيجابايت/ثانية لكل ممر PCIe.

طوابير الأوامر الموازية

يمكن لمحركات أقراص NVMe SSD تشغيل عشرات الآلاف من قوائم انتظار الأوامر المتوازية في وقت واحد، وهو ما يمثل تمييزًا رئيسيًا آخر عن محركات الأقراص التي تستخدم بروتوكول SCSI الأقدم والأبطأ ويمكنها نشر قائمة انتظار أوامر واحدة فقط. مع محركات أقراص NVMe SSD، تكون طريقة الاتصال مستقلة عن البروتوكول. على سبيل المثال، يمكن لموصلات NVMe PCIe الوصول إلى محرك أقراص واحد عبر رابط PCIe يقوم بتشغيل بروتوكول NVMe. 

NVMe مقابل SSD: ما هو نوع تخزين البيانات المناسب لك؟

لا توجد طريقة للمقارنة بدقة بين تقنية NVMe و SSD، حيث أنهما مختلفتان وغالبًا ما يكمل كل منهما الآخر. توفر محركات أقراص NVMe SSD بعضًا من أسرع سرعات نقل البيانات المتاحة، ولكن هذا لا يعني أنها بالضرورة الخيار الصحيح لاحتياجاتك. تلعب العديد من العوامل دورًا عند اختيار حل تخزين البيانات. للمساعدة في هذه العملية، قمنا بمقارنة بعض الخيارات الأكثر شيوعًا المتاحة من خلال أربعة عوامل حاسمة: السعر والمواصفات الفنية وسعة التخزين والسرعة.

• السعر: حتى وقت قريب، كانت محركات أقراص SATA SSD أرخص نسبيًا من محركات أقراص NVMe SSD، مما يجعلها خيارًا جذابًا للمستخدمين المهتمين بالميزانية. ومع ذلك، فقد انخفض سعر محركات أقراص NVMe SSD خلال السنوات القليلة الماضية مع توافر التكنولوجيا على نطاق أوسع، مما يجعل السعر أقل فأقل. اليوم، تتراوح أسعار محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة (SSD) الشهيرة من سامسونج - بنوعي NVMe وSATA وبسعة تخزين قابلة للمقارنة - بين 64 و130 دولارًا أمريكيًا على Amazon.
• المواصفات الفنية: لا تدعم العديد من الأجهزة القديمة تقنية NVMe الأحدث والأسرع، مما يجعل محرك أقراص SATA SSD هو الاختيار الضروري. قبل شراء SSD، يجب على المستخدمين أيضًا التأكد من أن نظامهم يحتوي على اتصالات PCIe كافية لدعم عدد الأجهزة التي يرغبون في الاتصال بها. تحتوي العديد من اللوحات الأم على فتحتين أو ثلاث فتحات فقط، مما سيحد من عدد الأجهزة التي يمكنها الاتصال بها.
• سعة التخزين: عادةً ما تأتي محركات أقراص NVMe وSATA SSD بخيارات 1 تيرابايت أو 2 تيرابايت. ويمكن للمستخدمين الذين يبحثون عن سعة أكبر الترقية إلى طرازي 4 تيرابايت و8 تيرابايت، ولكن بسعر أعلى. في وقت كتابة هذا التقرير، كانت تكلفة محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة NVMe وSATA بسعة 4 تيرابايت تتراوح بين 200 و300 دولار أمريكي على أمازون، بينما كانت تكلفة محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة بسعة 8 تيرابايت تقترب من 400 دولار أمريكي.  
• سرعة: إن العامل المميز الرئيسي لمحركات أقراص NVMe SSD هو السرعة والأداء. تستخدم تقنية NVMe واجهة PCIe التي تمكنها من الاتصال مباشرة بوحدة المعالجة المركزية، مما يقلل من زمن الوصول ويحسن الاستجابة. لكن بعض المستخدمين ببساطة لا يحتاجون إلى هذا المستوى من السرعة، وفي هذه الحالة قد يكون محرك أقراص SATA SSD خيارًا أرخص قليلاً. على الرغم من أنها ليست بالسرعة نفسها، إلا أن محركات أقراص SATA SSD لا تزال تنقل البيانات بشكل أسرع بكثير من نظيراتها القديمة من محركات الأقراص الثابتة. اعتمادًا على احتياجاتك، قد تكون سرعات SATA SSD كافية.

حالات استخدام SSD وNVMe

على مستوى المؤسسة، من الصعب تجاهل سرعة وأداء تقنية NVMe. في حين أن بعض المؤسسات لا تزال تستخدم محركات أقراص SATA SSD، إلا أنها أكثر شيوعًا بين المستهلكين الذين يتطلعون إلى ترقية سرعة وأداء الكمبيوتر المحمول أو الكمبيوتر الشخصي الذي يستخدمونه للألعاب أو لتشغيل التطبيقات المكتبية الأساسية. فيما يلي بعض حالات الاستخدام الأكثر شيوعًا لمحركات أقراص الحالة الصلبة (SSD).

• الحوسبة عالية الأداء/عالية السرعة: إن قدرة محركات أقراص NVMe SSD على التعامل مع المعالجة المتوازية تجعلها حلاً مثاليًا للعديد من بيئات الحوسبة الأكثر تطلبًا وتعقيدًا في يومنا هذا. تعتمد العديد من التطبيقات عالية الطلب، مثل تطبيقات التداول المالي عالية التردد وعمليات نشر الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة، على محركات أقراص NVMe SSD للوصول السريع إلى كميات كبيرة من البيانات.
• التطبيقات الحاسوبية المكثفة: غالبًا ما تعتمد التطبيقات التي تتميز بتفاعلات العملاء في الوقت الفعلي على تقنية NVMe لتشغيل أعباء العمل الخاصة بها. تشمل أمثلة هذه التطبيقات التجارة الإلكترونية والتمويل الشخصي وغيرها الكثير سحابة أصلية التطبيقات.
• مراكز البيانات: تساعد محركات أقراص NVMe SSD مراكز البيانات تعمل في كل مكان على توسيع قدرات التخزين الخاصة بها وتحقيق سرعات نقل فائقة السرعة. في حين أن محركات أقراص SATA SSD لا تزال قيد الاستخدام على مستوى المؤسسات، وفقًا لـ أ التقرير الأخير الصادر عن Enterprise Strategy Group (ESG) (الرابط موجود خارج ibm.com)، وقد تحول ما يقرب من ثلاثة أرباع الشركات بالفعل إلى تخزين NVMe SSD أو يخططون لذلك في العام المقبل.
• تحرير الفيديو: يستخدم العديد من محرري الفيديو محركات أقراص NVMe وSATA SSD لتوسيع مساحة التخزين الخاصة بهم مع الاستمرار في الحصول على سرعات المعالجة العالية التي يحتاجون إليها. أحد الأمثلة على ذلك هو محرك NVMe M.2 SSD النحيف والصغير وسهل الحمل والذي يعد حلاً مثاليًا لأجهزة الكمبيوتر خفيفة الوزن مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة Ultrabook.
• الألعاب: يعتمد اللاعبون الجادون في كل مكان على أوقات التحميل السريعة التي توفرها محركات أقراص NVMe وSATA SSD. يمكن لكلا النوعين من محركات أقراص SSD توفير تجربة ألعاب سلسة وسريعة بأسعار قابلة للمقارنة، بالإضافة إلى تحسين سرعة وأداء التطبيقات اليومية لأي جهاز كمبيوتر.

حلول IBM وSSD وNVMe

تساعد محركات أقراص SSD المستهلكين والمؤسسات على تحقيق سرعات نقل البيانات السريعة التي يحتاجونها. بالنسبة لعشاق الألعاب ومحرري الفيديو، غالبًا ما تكون محركات أقراص SATA SSD الأقدم كافية، ولكن بالنسبة لأحمال عمل المؤسسات، أصبح NVMe SSD هو المعيار الصناعي بسرعة. يوفر IBM Storage FlashSystem 5200 مساحة تخزين مدمجة وقوية بالإضافة إلى جميع مزايا تقنية NVMe. يساعد الطراز 5200 المؤسسات على تحقيق قدر أكبر من السرعة والأداء وقابلية التوسع من خلال حل تخزين البيانات الخاص بها.

اكتشف IBM Storage FlashSystem 5200