چرا سرورهای مجهز به پروتکل NVMe انتخاب هوشمندتری است؟

فناوری NVMe مخفف (Non-Volatile Memory Express) یک پروتکل رابط کاربری ذخیره‌سازی است که برای بهینه‌سازی عملکرد درایوهای حالت جامد (SSD) که از حافظه فلش NAND استفاده می‌کنند، طراحی شده است. در این مقاله همراه ما باشید تا عملکرد این تکنولوژی، انواع و مزیت‌های آن را در سرورهای HPE بررسی کنیم. 

تکنولوژي NVMe 

فناوری NVMe یک پروتکل استاندارد صنعتی است که به SSD ها امکان می‌دهد به‌جای عبور از یک کنترل‌کننده ذخیره‌سازی که باعث عملکرد کند و تاخیر در پردازش می‌شود، مستقیماً از CPU رایانه به داده‌ها دسترسی داشته باشند. در این فرایند دسترسی به دستگاه‌های ذخیره‌سازی SSD از طریق گذرگاه PCIe یا (Peripheral Component Interconnect Express) طراحی شده است.

این فناوری برای غلبه بر محدودیت‌های پروتکل‌های ذخیره‌سازی قدیمی‌تر مانند SATA و SAS که برای چرخاندن هارد دیسک‌ها طراحی شده بودند، توسعه داده شد. و به‌گونه‌ای طراحی شدند تا ضمن استفاده از موازی بودن ذاتی CPUهای مدرن، امکان استفاده موثر از چندین هسته و رشته را نیز فراهم کنند.

SSD های مبتنی بر NVMe معمولاً دارای سرعت خواندن و نوشتن سریع‌تر، مصرف انرژی کمتر و فرم فاکتور کوچک‌تری نسبت به هارد دیسک‌های سنتی هستند و معمولاً در دسکتاپ‌، لپ تاپ‌، سرورها و مراکز داده با کارایی بالا برای بهبود عملکرد برنامه‌ها، کاهش تأخیر(latency) دسترسی به داده‌ها و افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی استفاده می‌شوند. اما چه تفاوتی میان فناوری NVMe با درایوهای SSD و HDD وجود دارد؟ برای پاسخ در ادامه همراه ما باشید.

تفاوت‌ فناوری NVMe با درایوهای SSD و HDD 

NVMe یک فناوری جدید برای بهبود عملکرد درایوهای SSD است. SSD ها نوعی از دستگاه‌های ذخیره‌سازی هستند که از حافظه‌های فلش NAND برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌کنند و هیچ قطعه متحرکی ندارند. بنابراین نسبت به درایوهای HDD که از صفحات چرخان و هدهای خواندن/نوشتن استفاده می‌کنند، سریع‎تر و قابل اعتمادتر هستند. 

حافظه‌های NVMe SSDs اغلب از انواع پیشرفته‌تری از حافظه‌های فلش مانند ۳D NAND یا TLC (Triple Level Cell) NAND استفاده می‌کنند که تراکم ذخیره‌سازی بالاتر و عملکرد سریع‌تری را در مقایسه با NAND قدیمی MLC یا (Multi-Level Cell) موجود درSSD های سنتی، ارائه می‌دهند. 

فناوری جدید NVMe مزایای متعددی نسبت به رابط سنتی SATA ارائه می‌دهد. NVMe با استفاده از رابط‌های متفاوت برای استفاده کامل از موازی بودن SSD های مدرن طراحی شده است و امکان انتقال داده‌ها را سریع‌تر و تأخیر را کمتر می‌کند.

یکی از تفاوت‌های کلیدی بین SSD های NVMe و SATA در نحوه اتصال آنها به مادربرد کامپیوتر است. SSD های مبتنی بر SATA با استفاده از کابل SATA متصل می‌شوند، در حالی که SSD های NVMe با استفاده از رابط PCIe یا (Peripheral Component Interconnect Express) متصل می‌شوند. PCIe پهنای باند بالاتر و تأخیر کمتری نسبت به SATA دارد که به SSD‌های NVMe اجازه می‌دهد سریع‌تر داده‌ها را منتقل کنند. PCIe تا ۳۲ گیگابیت بر ثانیه پهنای باند در هر خط ارائه می‌دهد، در حالی که SATA به ۶ گیگابیت در ثانیه و SAS به ۱۲ گیگابیت در ثانیه محدود شده است.

بنابراین، SSD ها و HDD ها از رابط‌های کندتر SATA یا SAS برای اتصال به سیستم ذخیره‌سازی سرور استفاده می‌کنند. در حالی که SSD های مبتنی بر SATA به‌طور قابل توجهی سریع‌تر از HDD ها هستند، اما به‌دلیل محدودیت‌های رابط SATA هنوز نمی‌توانند با عملکرد SSD های NVMe مطابقت داشته باشند. زیرا دارای سرعت خواندن و نوشتن معادل ۵۰۰ و ۵۵۰ مگابایت بر ثانیه و نرخ IOPS بین ۶۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ هستند. در حالیکه از نظر عملکرد، SSD های NVMe دارای سرعت خواندن و نوشتن سریع‌تر و معادل ۷ و ۶.۵ گیگابایت بر ثانیه هستند و همچنین بیش از ۱ میلیون عملیات ورودی/خروجی در ثانیه (IOPS) را انجام می‌دهند که بیانگر توانایی آنها برای انجام وظایف و برنامه‌های همزمان بیشتری است. 

از سوی دیگر، هاردهای HDD از نظر سرعت انتقال داده و IOPS بسیار کندتر از SSD و NVMe SSD هستند. و معمولا دارای سرعت خواندن و نوشتن بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ مگابایت بر ثانیه و نرخ IOPS بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ برای درایوهای خود هستند. اما هنوز هم به‌طور گسترده در بسیاری از رایانه‌ها استفاده می‌شوند، به‌ویژه برای نیازهای ذخیره‌سازی با ظرفیت بالا. یکی از دلایل آن هزینه پایین آنها در هر گیگابایت در مقایسه با SSD و NVMe SSD است. با این حال، به‌دلیل مزایای قابل‌توجه عملکرد این فناوری‌های جدیدتر، HDDها به‌تدریج با SSD ها و SSD های NVMe در بسیاری از برنامه‌ها جایگزین می‌شوند.

در سرورها، تفاوت بین فناوری NVMe و درایوهای SSD و HDD تأثیر قابل توجهی بر عملکرد و کارایی کلی سیستم دارد. فناوری NVMe مخصوصاً در سرورها برای ذخیره‌سازی با کارایی بالا، مدیریت حجم زیادی از داده‌ها و پشتیبانی از برنامه‌های کاربردی ضروری است. SSD های NVMe سرعت خواندن و نوشتن بسیار سریع‌تر، تاخیر کمتر و IOPS بالاتر را در مقایسه با SSD ها یا HDD های سنتی مبتنی بر SATA دارند که باعث بهبود عملکرد کلی سرور و کاهش تنگناها می‌شود.

SSD های NVMe علاوه بر عملکرد عالی خود، باعث کاهش مصرف انرژی و بهبود کارایی کلی سیستم نیز می‌شود. زیرا آنها نسبت به SSD یا HDD های سنتی انرژی کمتری مصرف می‌کنند. بنابراین نیاز به خنک‌کننده‌ها کم می‌شود و در نتیجه هزینه کلی انرژی کاهش می‌یابد.

در مقابل، در حالی که HDD ها هنوز در برخی سرورها با توجه به ملاحظات هزینه، استفاده می‌شوند، اما معمولاً بسیار کندتر از SSD و NVMe SSD هستند و انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. بنابراین برای استفاده در سرورهای با کارایی بالا و نیازمند دسترسی سریع به داده‌ها و IOPS بالا ، مناسب نیستند. 

به‌طور خلاصه تفاوت‌ فنی فناوری NVMe و دستگاه‌های ذخیره‌سازی سنتی این است که SSD های NVMe از یک پروتکل متفاوت برای برقراری ارتباط با کنترلرهای ذخیره‌سازی استفاده می‌کنند، که امکان استفاده کارآمدتر از دستگاه ذخیره‌سازی را افزایش و هزینه‌های اضافی مربوط به مدیریت دستگاه را کاهش می‌دهد.

انواع NVMe

انواع مختلفی از NVMe به بازار عرضه شده است که عبارتند از:

• NVMe SSDs: درایوهای حالت جامد SSD هستند که از پروتکل NVMe برای انتقال داده استفاده می‌کنند و سرعت خواندن و نوشتن سریع‌تری نسبت به هارد دیسک‌های سنتی (HDD) و SSD های مبتنی بر SATA دارند.

• NVMe over Fabrics یا (NVMe-oF): این مدل یک پروتکل شبکه است که امکان دسترسی به دستگاه‌های ذخیره‌سازی NVMe را از طریق شبکه فراهم می‌کند. NVMe-oF امکان دسترسی با تأخیر کم به دستگاه‌های ذخیره‌سازی از راه دور را امکان‌پذیر می‌کند و گزینه‌ایی ایده‌آل برای برنامه‌های محاسباتی با کارایی بالا (HPC) و رایانش ابری است.

• NVMe RAID: این پیکربندی چندین  NVMe SSD را در یک حجم منطقی ترکیب می‌کند. با وجودی که NVMe RAID  باعث بهبود عملکرد و افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی می‌شود، اما به سخت‌افزار و نرم‌افزارهای تخصصی نیاز دارد.

• NVMe M.2: این مدل یک فرم فاکتور برای SSD های NVMe است و مناسب دستگاه‌های فرم فاکتور کوچک مانند لپ تاپ‌ها و تبلت‌ها است. درایوهای SSD NVMe M.2 نسبت به SSD‌های سنتی M.2 مبتنی بر SATA سریع‌تر و کارآمدتر هستند.

عملکرد فناوری NVMe در سرورها 

سرورهای مجهز به فناوری NVMe از قابلیت‌های ذخیره‌سازی پرسرعت و کم تأخیر حافظه‌های SSD NVMe استفاده می‌کنند و با دسترسی سریع‌تر به داده‌ها و افزایش سرعت انتقال باعث بهبود عملکرد برنامه‌هایی که نیاز به پردازش داده با سرعت بالا دارند، می‌شوند مانند تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، یادگیری ماشین و محاسبات با عملکرد بالا. در ادامه به‌تفصل مزیت استفاده از NVMe برای سرورها را بررسی می‌کنیم.

مزیت‌ فناوری NVMe در سرورها 

با استفاده از SSD های مبتنی بر NVMe، سرورها می‌توانند با تاخیر کمترداده‌ها را سریع‌ترمنتقل کنند و باعث بهبود موازی‌سازی، کاهش مصرف انرژی و مقیاس‌پذیری بیشتر شوند. در ادامه به این موارد اشاره می‌کنیم:

انتقال سریع‌ترداده‌ها: SSD‌های مبتنی بر NVMe سرعت خواندن و نوشتن بسیار سریع‌تری نسبت به SSD‌های سنتی مبتنی بر SATA ارائه می‌دهند. به این ترتیب داده‌ها سریع‌تر منتقل می‌شوند و عملکرد کلی سرور بهبود می‌یابد.

تأخیر کمتر: NVMe به‌دلیل وجود لایه‌های کمتر پروتکل بین SSD و پردازنده نسبت به سایر رابط‌های ذخیره‌سازی تأخیر کمتری دارد. بنابراین داده‌ها با سرعت بیشتری در دسترس قرار می‌گیرند و پردازش می‌شوند. این نکته به‌ویژه برای سرورهایی که در برنامه‌های اجرایی خود نیازمند دسترسی سریع به داده‌ها هستند، مانند پایگاه‌های داده یا محیط‌های مجازی‌سازی، مهم است.

بهبود موازی‌سازی: NVMe به‌گونه ای طراحی شده است که ضمن استفاده از موازی‌سازی ذاتی CPU های مدرن، امکان استفاده کارآمد از چندین هسته و رشته را فراهم کند. این قابلیت عملکرد کلی سرورها را در اجرای سطوح بالایی از موازی‌سازی مانند شبیه‌سازی‌های علمی یا الگوریتم‌های یادگیری ماشین، بهبود می‌بخشد.

کاهش مصرف برق: SSD های مبتنی بر NVMe معمولاً نسبت به هارد دیسک‌های سنتی یا SSD های مبتنی بر SATA انرژی کمتری مصرف می‌کنند. به این ترتیب با کاهش مصرف انرژی کلی سرور در طول زمان باعث صرفه‌جویی در هزینه می‌شوند.

مقیاس‌پذیری: NVMe یک فناوری مقیاس‌پذیر است که تعداد زیادی دستگاه را پشتیبانی می‌کند. بنابراین برای استفاده در سرورهایی که نیاز به مقیاس‌پذیری بالایی دارند، مانند محیط‌های رایانش ابری، ایده‌آل است.

انوع سرورها وفناوری NVMe

تعدادی از سرورهای HPE ProLiant که در سال‌های اخیر به بازار عرضه شده‌اند از فناوری NVMe پشتیبانی می‌کنند. در اینجا به چند نمونه از سرورهای HPE که برای پشتیبانی از SSD های NVMe طراحی شده‌اند اشاره می‌شود:

• سرورHPE ProLiant DL380 Gen10 : این سرور تا ۲۴ درایو NVMe SSDs را در فرم فاکتورهای مختلف از جمله U.2، SFF و M.2 پشتیبانی می‌کند. همچنین شامل کنترلرهای ذخیره‌سازی HPE Smart Array S100i و/یا HPE Smart Array P408i-a است.

• سرور HPE ProLiant DL360 Gen10 : این محصول دارای۱۰ درایو NVMe SSDs در فرم فاکتورهای U.2 و SFF و کنترلرهای ذخیره‌سازی HPE Smart Array S100i و/یا HPE Smart Array P408i-a است.

• سرورHPE ProLiant DL580 Gen10 : این سرور تا ۴۸ درایو NVMe SSDs را در فرم فاکتورهای U.2 و SFF پشتیبانی می‎کند و دارای کنترلرهای ذخیره‌سازی HPE Smart Array P816i-a و/یا HPE Smart Array P408i-a است.

توجه به این نکته ضروری است که همه پیکربندی‌های این سرورها لزوماً از فناوری NVMe پشتیبانی نمی‌کنند. بنابراین بهتر است برای تشخیص گزینه‌های پیکربندی NVMe SSD با متخصصین و مشاورین این فناوری مشورت کنید.

جمع‌بندی

تکنولوژی NVMe در مقایسه با پروتکل‌های ذخیره‌سازی سنتی مانند SATA و SAS، دارای سرعت انتقال سریع‌ترداده‌ها، تأخیر کمتر و عملیات ورودی/خروجی بیشتر در ثانیه (IOPS) است. بنابراین باعث می‌شود مراکز داده عملکرد زیرساخت ذخیره‌سازی خود را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند، زمان پاسخگویی به برنامه‌ها را کاهش و کارایی کلی سیستم را توسعه دهند. امروزه NVMe به تنها فناوری مهم برای محاسبات با کارایی بالا، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ و حجم‌های کاری‌ فشرده تبدیل شده است و انتخاب هوشمندانه‌تری برای شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات هاستینگ و میزبانی وب است. در این مقاله عملکرد،انواع، مزیت و تفاوت‌های فناوری NVMe را با درایوهای SSD و HDD بررسی کردیم. 

چنانچه برای تشخیص مناسب گزینه‌های پیکربندی NVMe SSD و سایر مباحث مرتبط با سرورخرید و استعلام آن نیاز به مشاوره دارید با متخصصین ما در شرکت ارمغان اشراق تماس بگیرید. همکاران ما در این مجموعه آماده ارائه بهترین خدمات به شما هستند.