SSD مقابل NVMe: الفرق والمقارنة

يعد SSD (محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة) وNVMe (الذاكرة السريعة غير المتطايرة) نوعين من تقنيات التخزين. بينما تستخدم محركات أقراص SSD ذاكرة فلاش NAND وتتصل عبر SATA أو واجهات أخرى، فإن NVMe هو بروتوكول مصمم خصيصًا للاتصال بشكل أسرع بين وحدة التخزين والنظام، باستخدام واجهة PCIe. توفر محركات أقراص NVMe سرعات نقل بيانات أعلى بكثير مقارنة بمحركات أقراص SSD التقليدية، مما يجعلها مناسبة للمهام التي تتطلب الوصول السريع إلى كميات كبيرة من البيانات.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. توفر محركات أقراص NVMe سرعات أعلى من محركات أقراص الحالة الصلبة التقليدية نظرًا لواجهتها المتقدمة ، مما يسمح بنقل المزيد من البيانات في وقت أقصر.
2. تتمتع محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة بعامل شكل أكبر ويمكن استخدامها في نطاق أوسع من الأجهزة ، بينما تعد محركات أقراص NVMe أصغر حجمًا وأكثر ملاءمة للأنظمة عالية الأداء.
3. على الرغم من أن محركات أقراص NVMe أكثر تكلفة من محركات أقراص SSD التقليدية، إلا أن سرعاتها العالية وأدائها المحسن يجعلها خيارًا أفضل للمستخدمين الذين يحتاجون إلى حلول تخزين عالية السرعة.

الفرق بين SSD و NVMe

الفرق بين SSD و NVMe هو أن SSD يخزن البيانات باستخدام دوائر متكاملة ، بينما NVMe هو واجهة للوصول إلى البيانات المخزنة بسرعة عالية. يعد NVMe أكثر تقدمًا من SSD وبالتالي فهو أسرع وأفضل تشفيرًا من الأخير. لكن هذا لا يعني أن NVMe لا تشوبه شائبة وليس له أي عيوب. 

جدول المقارنة لـ SSD مقابل NVMe

الميزات	SSD	NVMe
واجهة:	SATA III (الأكثر شيوعًا)، PCIe (الأقل شيوعًا)	بكيي
معدلات نقل البيانات:	ما يصل إلى 6 جيجابت في الثانية (ساتا)	ما يصل إلى 32 جيجابت في الثانية (PCIe 4.0)
قوائم انتظار الأوامر:	قائمة انتظار واحدة تحتوي على 32 أمرًا	ما يصل إلى 65,535 قائمة انتظار مع 65,536 أمرًا لكل قائمة انتظار
الكمون:	أقل من HDD، أعلى من NVMe	أقل بكثير من كل من SATA SSD وHDD
استهلاك الطاقة:	أقل من الأقراص الصلبة	أعلى قليلاً من SATA SSD، وأقل من HDD في وضع الخمول
عوامل الشكل:	2.5 بوصة، M.2، ساتا mSATA	م.2، يو.2
السعر:	عموما أقل تكلفة	عموما أكثر تكلفة
الأنسب لـ:	المهام اليومية، والألعاب المعتدلة	مهام عالية الأداء وألعاب تتطلب محطات عمل

ما هو SSD؟

قدمت SanDisk لأول مرة محرك أقراص مزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة. يمكن أن يطلق عليه جهاز الحالة الصلبة أو قرص الحالة الصلبة.

عندما تم تقديمه لأول مرة في عام 1991 ، كان بإمكانه تخزين ما يصل إلى 20 ميجابايت من البيانات فقط. في الوقت الحاضر ، يمكن أن تخزن محركات الأقراص هذه حوالي 60-100 تيرابايت من البيانات.

لا يمكن أن تتعرض محركات الأقراص هذه للتلف المادي بسهولة وهي أكثر مقاومة للصدمات. وقت وصولهم سريع ، ولا يحتاجون إلى دوران القرص للتشغيل.

يمكن أن يختلف أداء محركات الأقراص المختلفة وفقًا لعدد وحدات البت الموجودة في خلية واحدة. محركات الخلية الواحدة هي الأسرع والأكثر ديمومة فيما بينها ؛ هم أيضا أكثر اقتصادا.

استخدمت محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) المبكرة تقنية ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، لكن هذا لا يمكن أن يستمر كما لو كانت سريعة ، فقد فقدوا البيانات بمجرد نفاد الطاقة. هذا تسبب في فقدان البيانات.

ومن ثم تقنية أكثر موثوقية كان يجب ان يمكن العثور عليها ، وكانت ذاكرة فلاش. البيانات ، عند تخزينها في ذاكرة فلاش لمحرك الأقراص ذو الحالة الصلبة ، لم تُفقد بسبب نفاد الطاقة ولكن تم تخزينها داخل الجهاز.

كيف يعمل SSD؟

معمار

تم تصميم محركات أقراص الحالة الثابتة حول تقنية ذاكرة الفلاش ، باستخدام الدوائر المتكاملة بدلاً من الأقراص الدوارة ورؤوس القراءة / الكتابة الميكانيكية. تشمل المكونات الرئيسية لمحرك الأقراص ذي الحالة الصلبة شرائح ذاكرة فلاش ووحدة تحكم وواجهة NAND وذاكرة تخزين مؤقت.

تقوم رقائق ذاكرة الفلاش بتخزين البيانات غير المتطايرة باستخدام الشحنات الكهربائية ، منظمة في صفحات وكتل. تدير وحدة التحكم جميع عمليات البيانات ، مما يضمن سلامة البيانات ، ويحسن الأداء ، ويطيل عمر SSD. تقوم واجهة NAND بتوصيل شرائح ذاكرة الفلاش بوحدة التحكم ، مما يتيح اتصال البيانات.

تتضمن العديد من محركات أقراص SSD ذاكرة تخزين مؤقت، وهي منطقة تخزين مؤقتة للبيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر. تعمل ذاكرة التخزين المؤقت، المصنوعة من ذاكرة متطايرة عالية السرعة مثل DRAM، على تحسين سرعات القراءة والكتابة عن طريق تقليل زمن الوصول عند الوصول إلى ذاكرة الفلاش.

تعمل هذه المكونات معًا لتوفير تخزين بيانات سريع وموثوق وفعال في محركات أقراص الحالة الصلبة ، مما يجعلها خيارًا شائعًا في الحوسبة الحديثة.

المحتوى

بالإضافة إلى البنية الأساسية ، يمكن أن تتضمن محركات أقراص الحالة الصلبة مكونات إضافية تعزز الوظائف والموثوقية وتوافق الواجهة. تتضمن بعض المكونات البارزة أجهزة الاستشعار الحرارية وآليات الحماية من فقدان الطاقة وإمكانيات التشفير.

تم دمج المستشعرات الحرارية في أقراص SSD لمراقبة درجة الحرارة ومنع ارتفاع درجة الحرارة. توفر هذه المستشعرات ردود فعل لوحدة التحكم ، مما يمكّنها من ضبط الأداء أو تنشيط تدابير الحماية عند الحاجة.

قد تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة آليات الحماية من فقدان الطاقة لحماية البيانات أثناء انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ. تستخدم هذه الآليات المكثفات الفائقة أو أجهزة تخزين الطاقة الأخرى لتوفير طاقة مؤقتة. يسمح هذا لوحدة التحكم بحفظ أي بيانات معلقة في ذاكرة الفلاش قبل إيقاف التشغيل بأمان.

لأمان البيانات ، تقدم بعض محركات أقراص الحالة الثابتة إمكانات تشفير الأجهزة المضمنة. تستخدم محركات أقراص الحالة الصلبة هذه خوارزميات تشفير لتشفير البيانات المكتوبة على محرك الأقراص ، مما يضمن بقاء المعلومات المخزنة آمنة ومحمية من الوصول غير المصرح به.

دليل شراء SSD

الطاقة الإنتاجية

تشير سعة SSD إلى كمية البيانات التي يمكن تخزينها. تتوفر محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة بسعات مختلفة تتراوح من 128 جيجابايت إلى عدة تيرابايت (TB). عند اتخاذ قرار بشأن السعة ، ضع في اعتبارك متطلبات التخزين الخاصة بك ، بما في ذلك حجم نظام التشغيل والتطبيقات والملفات. إذا كنت تستخدم جهاز الكمبيوتر الخاص بك بشكل أساسي لأداء المهام الأساسية ولا تتطلب مساحة تخزين كبيرة ، فقد يكفي استخدام محرك أقراص ذي حالة صلبة (SSD) أصغر حجمًا مثل 256 جيجابايت أو 512 جيجابايت. ومع ذلك ، إذا كنت تعمل مع ملفات وسائط كبيرة أو تحتاج إلى مساحة تخزين كبيرة للألعاب أو تحرير الفيديو أو التطبيقات الاحترافية ، فاختر سعات أكبر مثل 1 تيرابايت أو أعلى.

سرعة

تلعب سرعة SSD دورًا حاسمًا في الأداء العام للنظام. هناك عاملان رئيسيان يحددان سرعة SSD: سرعات القراءة والكتابة، والتي يشار إليها بالسرعات المتسلسلة والعشوائية. تشير السرعات المتسلسلة إلى مدى سرعة قيام محرك الأقراص بقراءة أو كتابة كتل بيانات كبيرة ومتجاورة، مما يجعلها مهمة لعمليات نقل الملفات وأوقات التمهيد.

من ناحية أخرى ، تقيس السرعات العشوائية قدرة محرك الأقراص على الوصول إلى البيانات الصغيرة المتفرقة ومعالجتها ، وهو أمر حيوي لمهام الحوسبة اليومية ، مثل فتح التطبيقات وتعدد المهام. ابحث عن محركات أقراص الحالة الصلبة ذات سرعات قراءة / كتابة متسلسلة وعشوائية عالية لضمان أداء سلس وسريع الاستجابة.

السطح البيني

تحدد واجهة SSD كيفية اتصالها باللوحة الأم لجهاز الكمبيوتر الخاص بك وتؤثر على توافقها وأدائها. أكثر واجهات SSD شيوعًا هي SATA (Serial ATA) و NVMe (ذاكرة غير متطايرة Express). تقدم محركات الأقراص الصلبة SATA ، المتوفرة في 2.5 بوصة وعوامل الشكل M.2 ، أداءً جيدًا ومتوافقة مع معظم أجهزة الكمبيوتر.

إنها خيار ممتاز لأولئك الذين يقومون بالترقية من محركات الأقراص الثابتة التقليدية. تستخدم محركات أقراص NVMe SSD، ذات عامل الشكل M.2، واجهة PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) وتوفر سرعات أسرع بكثير من SATA. إذا كان نظامك يدعم NVMe، فإن اختيار NVMe SSD يمكن أن يؤدي إلى تعزيز ملحوظ في الأداء.

سمعة العلامة التجارية

تعد سمعة العلامة التجارية عاملاً مهمًا يجب مراعاته عند شراء SSD. تعطي العلامات التجارية ذات السمعة الطيبة الأولوية لمراقبة الجودة والموثوقية ودعم العملاء، مما يضمن تجربة شاملة أفضل. تشمل الشركات المصنعة لأقراص SSD المشهورة Samsung وWestern Digital وCrucial وKingston وIntel وSanDisk. يُنصح بالبحث في مراجعات العملاء والمعايير المهنية وبيانات الموثوقية لقياس سمعة العلامة التجارية. بالإضافة إلى ذلك، فإن العلامات التجارية التي تقدم فترات ضمان أطول تغرس المزيد من الثقة في منتجاتها.

ما هو NVMe؟

طورت NVM Express أول واجهة NVMe. بدأت قبل عشر سنوات ، في عام 2011. جاءت الرغبة في تطوير الواجهة بعد أن واجه الأشخاص بعض العيوب مع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة.

على غرار محركات أقراص الحالة الثابتة ، يجب إدخال NVMe فعليًا مع وسائط التخزين.

بينما يمكن لمحركات الأقراص ذات الحالة الثابتة تنفيذ واحد فقط سؤال أو الأمر في وقت واحد ، فهذا ليس هو الحال مع NVMe. يمكنهم جلب نتائج من استعلامات وأوامر متعددة.

يؤدي هذا أيضًا إلى تقليل وقت الاستجابة ، ويوجد حد أدنى للتأخير عند جلب النتائج. تأتي في بطاقات مقاس 2.5 بوصة تتناسب مع نظام تخزين الكمبيوتر.

ظهرت نقطة الانطلاق الأولى للوصول إلى الذاكرة غير المتطايرة في منتدى مطوري Intel في عام 2007. وتم الانتهاء منها في عام 2008 وتم إصدارها على موقع Intel على الويب.

شاركت أكثر من 90 شركة في صنع مواصفات NVMe. أتاحت تقنية الأجهزة المتكاملة NVMe تجاريًا للأشخاص في أغسطس 2012.

مزايا NVMe

سرعات أسرع

توفر NVMe سرعات نقل بيانات رائعة تتجاوز واجهات التخزين التقليدية مثل SATA (Serial ATA). من خلال الاستفادة من واجهة PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) ، توفر NVMe مسارًا مباشرًا ومخصصًا بين جهاز التخزين ووحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر. يتيح هذا الاتصال المباشر نقل البيانات بشكل أسرع وأكثر كفاءة ، مما يحسن بشكل كبير سرعات القراءة والكتابة. باستخدام NVMe ، يمكن للمستخدمين الاستمتاع بأوقات تمهيد سريعة وإطلاق سريع للتطبيقات وعمليات نقل بيانات سلسة.

الكمون المنخفض

يشير وقت الاستجابة إلى الوقت الذي تستغرقه معالجة طلب البيانات. يقلل NVMe بشكل كبير من زمن الوصول مقارنة ببروتوكولات التخزين الأخرى. تعاني محركات الأقراص الثابتة التقليدية (HDDs) وحتى محركات الأقراص الصلبة SATA من زمن الوصول بسبب المكونات الميكانيكية أو قيود الواجهة.

تم تصميم NVMe لتقليل زمن الوصول من خلال استخدام مجموعة أوامر مبسطة ومسار بيانات أقصر وأكثر مباشرة. يُترجم هذا الانخفاض في زمن الوصول إلى تحسين استجابة النظام ، والوصول بشكل أسرع إلى البيانات ، والأداء العام الأفضل ، لا سيما في التطبيقات الحساسة لزمن الانتقال مثل الألعاب والواقع الافتراضي ومعالجة البيانات في الوقت الفعلي.

كفاءة أعلى

تعد NVMe عالية الكفاءة من حيث استهلاك الطاقة وموارد النظام. تعمل البنية المبسطة ومجموعة الأوامر المحسّنة لـ NVMe على تقليل الحمل الزائد لوحدة المعالجة المركزية المطلوبة لمعالجة المهام المتعلقة بالتخزين. تعمل هذه الكفاءة على تحسين أداء النظام وتؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة ، وهو أمر مفيد بشكل خاص لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والأجهزة المحمولة الأخرى. مع NVMe ، يمكن للمستخدمين الاستمتاع بعمر بطارية أطول وتشغيل أكثر برودة بسبب انخفاض استهلاك الطاقة.

تحسين قابلية التوسع

تشير قابلية التوسع إلى توسيع إمكانات التخزين أو ترقيتها دون المساس بالأداء. تتفوق NVMe في هذا الجانب ، حيث تقدم قابلية تطوير فائقة مقارنة بتقنيات التخزين التقليدية. يمكن إضافة محركات أقراص NVMe أو استبدالها بسهولة ، ويمكن دمج محركات أقراص NVMe المتعددة في تكوينات مختلفة ، مثل RAID (صفيف متكرر للأقراص المستقلة) ، لإنشاء حلول تخزين أكبر وأكثر مرونة. تعد قابلية التوسع هذه ضرورية لبيئات الحوسبة الحديثة ، حيث ينمو الطلب على سعة التخزين بسرعة.

حالات استخدام NVMe

تطبيقات المستهلك

أصبح NVMe شائعًا بشكل متزايد في تطبيقات المستهلك ، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرته على توفير أداء تخزين فائق السرعة. فيما يلي بعض حالات استخدام المستهلك الشائعة لـ NVMe:

1. الألعاب: يمكن للاعبين الاستفادة بشكل كبير من سرعات NVMe الأسرع وزمن وصول أقل. يسمح تخزين NVMe بأوقات تحميل أسرع للألعاب ، وتحولات سلسة للمستوى ، وتقليل التأخير داخل اللعبة ، مما يوفر تجربة ألعاب سلسة وغامرة.
2. إنشاء المحتوى: يتطلب المحترفون والمتحمسون المشاركون في إنشاء المحتوى ، مثل تحرير الفيديو والنمذجة ثلاثية الأبعاد وتصميم الرسوم تخزينًا عالي السرعة للتعامل مع أحجام الملفات الكبيرة. يتيح NVMe إمكانية العرض والتشفير ونقل البيانات بشكل أسرع ، مما يسمح بسير عمل أكثر كفاءة وزيادة الإنتاجية.
3. استهلاك الوسائط: مع انتشار محتوى الفيديو عالي الدقة ، يضمن تخزين NVMe التشغيل السلس والوصول السريع إلى ملفات الوسائط ، مما يعزز تجربة البث والوسائط المتعددة بشكل عام. يمكن للمستخدمين التحميل والتنقل بسرعة عبر مكتبات الوسائط الكبيرة ، مما يؤدي إلى تحسين استجابة تطبيقات الوسائط.
4. الإنتاجية الشخصية: تعمل سرعة NVMe والكمون المنخفض على تحسين استجابة النظام ، مما يجعل المهام اليومية مثل تمهيد الكمبيوتر وتشغيل التطبيقات وتعدد المهام أسرع وأكثر سلاسة. هذا يعزز الإنتاجية الشخصية عن طريق تقليل أوقات الانتظار وزيادة الكفاءة العامة.

تطبيقات المؤسسة

1. أنظمة قواعد البيانات: تتطلب التطبيقات التي تعتمد على قواعد البيانات ، مثل أنظمة معالجة المعاملات وتحليلات البيانات الضخمة ، تخزينًا عالي الأداء للتعامل مع مجموعات البيانات الضخمة وضمان الوصول السريع إلى البيانات. يتيح NVMe معالجة استعلام قاعدة البيانات بشكل أسرع ، وتحليلات محسنة في الوقت الفعلي ، وإدارة فعالة للبيانات ، مما يعزز رؤى الأعمال والكفاءة التشغيلية.
2. المحاكاة الافتراضية والحوسبة السحابية: إن زمن انتقال NVMe المنخفض وقابليته العالية للتوسع تجعله حل تخزين مثاليًا للبيئات الافتراضية ومنصات الحوسبة السحابية. إنه يتيح التزويد السريع للأجهزة الافتراضية (VMs) ، وترحيل VM بشكل أسرع ، واستجابة محسنة للتطبيقات المستندة إلى السحابة ، مما يؤدي إلى تجارب مستخدم أفضل واستخدام أفضل للموارد.
3. الحوسبة عالية الأداء (HPC): يمكن للصناعات التي تعتمد على مهام حسابية مكثفة ، مثل البحث العلمي والنمذجة المالية والذكاء الاصطناعي ، الاستفادة من التخزين عالي السرعة في NVMe. يعمل NVMe على تسريع الوصول إلى البيانات ومعالجتها ، مما يقلل من وقت الحساب ويمكّن من التحليل واتخاذ القرارات بشكل أسرع.
4. مراكز البيانات: توفر محركات أقراص NVMe كثافة أعلى واستهلاكًا أقل للطاقة ، مما يجعلها مناسبة لعمليات نشر مركز البيانات. تسمح كفاءتها وقابليتها للتوسع لمراكز البيانات بتقديم خدمات تخزين أسرع ، والتعامل مع أعباء العمل المتزايدة ، وتحسين استخدام الموارد ، وتحسين أداء مركز البيانات وتقليل التكاليف التشغيلية.

الاختلافات الرئيسية بين SSD و NVMe

• شكل عامل:
  • يمكن أن تأتي محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) بأشكال مختلفة، بما في ذلك SATA وmSATA وM.2.
  • NVMe (Non-Volatile Memory Express) هو بروتوكول مصمم خصيصًا لمحركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) ويستخدم بشكل شائع مع عامل الشكل M.2.
• واجهة:
  • تستخدم محركات أقراص SSD واجهة SATA، والتي كانت معيارًا لتوصيل أجهزة التخزين.
  • يستخدم NVMe واجهة PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)، مما يوفر معدلات نقل بيانات أسرع مقارنةً بـ SATA.
• سرعة:
  • توفر محركات أقراص SSD سرعات نقل بيانات سريعة نسبيًا، حيث تتمتع محركات أقراص SATA SSD بسرعات أقل مقارنة بمحركات أقراص NVMe SSD.
  • تستفيد محركات أقراص NVMe SSD من واجهة PCIe، مما يوفر سرعات نقل بيانات أعلى بكثير مقارنة بمحركات أقراص SATA SSD.
• الكمون:
  • تتميز محركات أقراص NVMe SSD بزمن انتقال أقل مقارنة بمحركات أقراص SATA SSD، حيث تم تحسين بروتوكول NVMe للوصول إلى وحدات التخزين بزمن وصول منخفض.
• عمق قائمة الانتظار:
  • يدعم NVMe أعماق قائمة انتظار أعلى، مما يسمح بتوازي أفضل وأداء محسن في التعامل مع طلبات البيانات المتزامنة المتعددة مقارنة بمحركات أقراص SSD التي تستخدم SATA.
• الأداء:
  • توفر محركات أقراص NVMe SSD أداءً عامًا أعلى من حيث سرعات القراءة/الكتابة المتسلسلة والعشوائية مقارنةً بمحركات أقراص SATA SSD.
• التوافق:
  • تعد محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) التي تستخدم واجهة SATA أكثر توافقًا على نطاق واسع مع الأنظمة الأقدم، حيث يعد SATA معيارًا راسخًا.
  • قد يتطلب NVMe لوحة أم متوافقة ونظام BIOS للاستفادة الكاملة من إمكانياته، مما قد يحد من التوافق مع الأنظمة الأقدم.
• استهلاك الطاقة:
  • تميل محركات أقراص NVMe SSD إلى أن تكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة مقارنة ببعض محركات أقراص SATA SSD، حيث تم تصميم بروتوكول NVMe لتحسين استهلاك الطاقة أثناء عمليات نقل البيانات.
• السعر:
  • بشكل عام، تعد محركات أقراص SATA SSD أكثر ملاءمة للميزانية مقارنةً بمحركات أقراص NVMe SSD، مما يجعلها خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للمستخدمين ذوي متطلبات الأداء الأقل تطلبًا.
• استخدم حالات:
  • تعتبر محركات أقراص SATA SSD مناسبة لمهام الحوسبة اليومية، وتوفر توازنًا جيدًا بين السرعة والتكلفة.
  • تعد محركات أقراص NVMe SSD مثالية لمهام الحوسبة عالية الأداء والألعاب والتطبيقات الأخرى حيث تعد سرعات نقل البيانات الأسرع أمرًا بالغ الأهمية.

مراجع حسابات

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8366931/
2. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3195970.3196085
3. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8416843/ 

آخر تحديث: 02 مارس 2024