في الوقت الحالي، يطالب الجميع، بدءًا من اللاعبين ومحرري مقاطع الفيديو ووصولاً إلى المسؤولين التنفيذيين في شركات البرمجيات الناشئة الذين يصدرون التطبيقات على السحابة، بحلول أسرع لتخزين البيانات. والسبب بسيط: فتقنيات التخزين الأفضل تعني بيئات حوسبة أسرع وأعلى أداءً. فبالنسبة إلى اللاعبين، هذا يعني زمن انتقال أقل، وبالنسبة إلى المحررين، فهذا يعني عرض مقاطع فيديو أقصر، وبالنسبة إل الشركات، فهذا يعني أنه يمكنهم إدارة أحمال التشغيل بسرعة وسلاسة في السحابة.
وللأسف، قد يكون اختيار الحل الصحيح أمرًا صعبًا. فالمصطلحات غير المألوفة والمواصفات التقنية المعقدة والعدد اللا نهائي على ما يبدو من الخيارات المحتملة يزيد من تعقيد الموقف. وللمساعدة على تضييق المجال ومساعدة المستخدمين على العثور على الحل المناسب لاحتياجاتهم، فإننا نوجه أنظارنا نحو اثنتين من أكثر تقنيات تخزين البيانات المتاحة شيوعًا: NVMe وSATA.
يدعم كل من بروتوكولي NVMe وSATA محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، وهي تقنية حلت محل محركات الأقراص الثابتة كمعيار صناعي للتطبيقات الاستهلاكية والمهنية وأحمال التشغيل لدى الشركات على مدار العقد الماضي. على عكس محركات الأقراص الثابتة، التي تتمتع بزمن انتقال ووقت وصول متأصلين، تعتمد محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة على ذاكرة وميضية ولا تحتوي على أجزاء متحركة، ما يجعلها أسرع بكثير.
محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة هي أجهزة تخزين قائمة على أشباه الموصلات تعتمد على ذاكرة وميضية لتخزين البيانات الثابتة في أنظمة الكمبيوتر. على عكس التخزين المغناطيسي (مثل محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص المرنة) الذي يخزن البيانات باستخدام المغناطيس، تستخدم محركات أقراص التخزين ذات الحالة الصلبة شرائح NAND، وهي تقنية تخزين غير متطايرة لا تتطلب مصدر طاقة للحفاظ على بياناتها. وفقًا لتقرير حديث صادر عن شركة Gartner (الرابط ينقلك خارج موقع ®ibm.com)، تتفوق محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة حاليًا على محركات الأقراص الثابتة بوصفها المعيار الصناعي المفضل لتنفيذ أحمال تشغيل البيانات المنظمة.
NVMe (الذاكرة السريعة غير المتطايرة) هي بروتوكول الوصول إلى وحدة تخزين بيانات محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) ونقلها والذي يوفر معدل إنتاج أفضل وأوقات استجابة أسرع من منافسيه. صُممت لوسائط التخزين عالية الأداء وغير المتطايرة، ما يجعلها حلاً ممتازًا لبيئات الحوسبة الأكثر إلحاحًا في الوقت الحالي.
تتمكن تقنية الذاكرة السريعة غير المتطايرة (NVMe) من نشر أحمال تشغيل الشركة ببصمة بنية تحتية أصغر وطاقة أقل من واجهة النظام الحاسوبي الصغير (SCSI) المستخدمة على نطاق واسع. ويمكن أن توفر محركات أقراص ذاكرة NVMe أوقات استجابة أفضل من محركات الأقراص الثابتة بسبب الإصلاحات التي تم إدخالها على برنامج تشغيل الجهاز، ما يسمح بالتوازي والاستقصاء ويساعد في تقليل زمن الانتقال لتجنب أعطال وحدة المعالجة المركزية.
صُممت تقنية تخزين ذاكرة NVMe لتحل محل بروتوكولات تقنية ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA) وبروتوكولات واجهة النظام الحاسوبي الصغير الملحقة المتسلسلة (SAS) التي كانت المعيار الصناعي حتى ظهور تقنية NVMe في عام 2011. بالإضافة إلى تحسينها في سعة تخزين البيانات وتقنية النقل، أسهمت تقنية NVMe أيضًا في تطوير تقنيات مهمة أخرى كانت تتطور في الوقت نفسه تقريبًا، بما في ذلك إنترنت الأشياء (IoT) والذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML).
أحد أهم الاختلافات بين محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة ومحركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة هو أن محركات أقراص ذاكرة NVME ذات الحالة الصلبة تستخدم ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) للوصول إلى وحدة التخزين بالذاكرة الوميضية. تسمح هذه الميزة لمحركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة بإزالة جهاز التحكم "الوسيط"، ما يساعد على تقليل زمن الانتقال. إلا إنه يمكن تشغيل ذاكرة NVMe أيضًا على أي نوع من أنواع التوصيل البيني "النسيجي"—مثل قناة الألياف والإيثرنت— وداخل الإيثرنت وiWarp وRoCEv2 وiSER وNVMe-TCP.
على عكس محركات الأقراص التي تستخدم بروتوكول واجهة النظام الحاسوبي الصغير (SCSI)، والتي يمكنها نشر قائمة انتظار أوامر واحدة فحسب، يمكن لمحركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة تشغيل عشرات الآلاف من قوائم انتظار الأوامر المتوازية في وقت واحد. عند استخدام محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة، تكون طريقة الاتصال منفصلة عن البروتوكول؛ على سبيل المثال، يمكن لموصل ذاكرة NVMe للتوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) الوصول إلى محرك أقراص واحد من خلال رابط التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) الذي يقوم بتفعيل بروتوكول ذاكرة NVMe.
محركات الأقراص M.2 ذات الحالة الصلبة هي عامل شكل أو موصل يستخدم في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة. وبينما يُستخدم المصطلح غالبًا مع ذاكرة NVMe بطريقة متبادلة، إلا إنهما في الواقع نوعان مختلفان من تقنيات التخزين. فبينما يتم توصيل ذاكرة NVMe بفتحة التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) على اللوحة الأم، ما يزيد من معدلات نقل البيانات، تعد محركات الأقراص m.2 NVMe ذات الحالة الصلبة عامل شكل ماديًا يتيح التخزين عالي الأداء في الأجهزة الصغيرة ذات الطاقة المحدودة، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية الرفيعة للغاية.
على مدار العقد ونصف العقد الماضيين، كان SATA (ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة) هو الواجهة الأكثر شيوعًا المستخدمة لنقل البيانات بين لوحة دوائر الكمبيوتر وأي جهاز تخزين داخلي أو خارجي. وحتى وقت قريب، كانت جميع أجهزة سطح المكتب وأجهزة الكمبيوتر المحمولة تقريبًا تحتوي على أجهزة متوافقة مع ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA). إلا إنه، مع تزايد شعبية محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة وتطوير تقنية ذاكرة NVMe المصممة خصوصًا لها، بدأت شعبية SATA في التراجع في السنوات الأخيرة.
صدر ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA) في عام 2003 كتطوير لمرفق التكنولوجيا المتوازية المتقدمة (PATA)، وهو معيار صناعي للأقراص المرنة الداخلية ومحركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص الضوئية. حين نُشرت مواصفات بروتوكول SATA لأول مرة في عام 2003، أصبح من الواضح على الفور أن لديها العديد من المزايا الرئيسية التي تتفوق بها على واجهات PATA، بما في ذلك ما يلي:
إحدى المزايا التي لا تزال تقنية SATA تتفوق بها على تقنية NVMe رغم ذلك هي توافقها مع الأجهزة القديمة. يتم توصيل محركات أقراص SATA الثابتة وذات الحالة الصلبة باللوحة الأم عبر جهاز تحكم. وفي أبسط شكل من أشكاله (وضع IDE)، يمكنها التعرف على القرص الثابت المتصل على أنه جهاز PATA. وذلك يتيح توافق أكبر مع الأنظمة القديمة، ولكن مع انخفاض في الأداء عندما يكون محرك أقراص SATA في وضع IDE.
إذا لم يكن التوافق مع جهاز قديم أمرًا لازمًا، فيمكن للمستخدمين تعيين وحدة تحكم SATA على وضع واجهة تحكم المضيف المتقدمة (AHCI) للحصول على أداء أفضل. يمكن أن يدعم وضع واجهة تحكم المضيف المتقدمة (AHCI) أيضًا الواجهات الخارجية والتبديل السريع لمحركات الأقراص—إزالة محركات الأقراص وتوصيلها دون إيقاف التشغيل.
يوفر أحد أوضاع تقنية SATA الأخرى—وضع المصفوفة المكررة للأقراص غير المترابطة (RAID)—وهي طبقة إضافية لحماية البيانات من خلال منح المستخدمين القدرة على تخزين نسخ من البيانات نفسها في مواقع مختلفة، مثل محركات الأقراص الثابتة أو ذات الحالة الصلبة المتعددة.
يعد ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة الخارجي (eSATA) ميزة مهمة أخرى من مزايا تقنية SATA التي توفر الدعم لمحركات الأقراص الخارجية من خلال مناطق توصيل محددة تسمى المنافذ. يعد eSATA أسرع من منافسيه ومتوافقًا مع العديد من تقنيات محركات الأقراص الحالية، مثل محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص المرنة ومحركات الأقراص القابلة للإزالة وأقراص Blu-rays والأقراص المضغوطة وأقراص الفيديو الرقمية DVD. هناك العديد من الاستخدامات الشائعة لمحركات أقراص eSATA، من بينها تحرير الفيديو والصوت والنسخ الاحتياطي للبيانات.
في مقارنة مباشرة ثنائية من حيث السرعة والأداء فقط، يكون بروتوكول NVMe أفضل بكثير من SATA. فبينما صُمم ملحق SATA كواجهة وحدة تخزين SCSI لتسهيل نقل البيانات على وجه التحديد من وإلى محركات الأقراص الثابتة، صُممت ذاكرة NVMe خصوصًا للاستخدام مع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التي تستخدم تقنية وميضية.
وفقًا لتقرير صادر عن شركة البيانات الدولية (IDC) لعام 2023 (الرابط ينقلك خارج موقع ®ibm.com)، صُممت تقنية NVMe لتسريع نقل البيانات إلى الأنظمة المتصلة بفضل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe)—وهو ناقل توسعة تسلسلي قياسي لتوصيل الكمبيوتر بجهاز طرفي واحد أو أكثر.
وبالنظر لاختلافات تصميمهما، فإن تقنية NVMe مجهزة بشكل أفضل من تقنية SATA لاستخدام منافذ PCIe ونقل البيانات بين وحدة التخزين ووحدة المعالجة المركزية. عندما كانت محركات الأقراص الثابتة لا تزال هي المعيار الصناعي لتخزين البيانات والوصول إليها، كان استخدام تقنية SATA أمرًا منطقيًا، ولكن نظرًا لأن محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة بدأت تصبح أكثر شيوعًا، سرعان ما أصبحت تقنية NVMe هي الخيار الأفضل لمعظم المستخدمين. بالإضافة إلى ذلك، فإن بروتوكول تقنية NVMe المبسط يجعلها مناسبة بشكل أفضل من تقنية SATA للتطبيقات الفورية مثل التعلم الآلي (ML) والذكاء الاصطناعي، والتي شاعت في السنوات الأخيرة. كما أن تقنية NVMe مهيئة جيدًا لدعم بيئات تخزين السحابة الهجينة والسحابة المتعددة ووحدة تخزين الكمبيوتر المركزي بفضل أدائها العالي المدمج وبفضل نظام حماية البيانات.
ومع ذلك، لا تزال هناك بعض الحالات التي يكون فيها استخدام تقنية SATA أمرًا منطقيًا لبعض المستخدمين. على سبيل المثال، لا تزال تقنية SATA ميسورة التكلفة أكثر من تقنية NVMe، على الرغم من أن ازدياد شعبية محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة تؤدي إلى انخفاض سعرها. فيما يلي مقارنة بين التقنيتين من حيث الإمكانات.
يمكن أن توفر محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة سرعات وأداء أعلى بكثير من محركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة لأنها يمكنها إرسال واستقبال أوامر ذاكرة NVMe بشكل أسرع وتقديم معدل إنتاج أفضل. بينما تستخدم محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) لتوصيل وحدة تخزين محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة مباشرةً بخادم أو وحدة معالجة مركزية (CPU)، تستخدم محركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة واجهة ناقل Serial ATA Express، وهي أبطأ.
إن وصلة التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) التي تستخدمها ذاكرة NVMe أكبر حجمًا وذات نطاق ترددي أكبر من منفذ ملحق SATA. كما يضاعف كل جيل جديد من أجيال التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) عرض النطاق الترددي للجيل السابق. من ناحية أخرى، يحتوي ملحق SATA على وصلات نطاق ترددي أقل من التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) وهو أمر ثابت، لذلك لا تتطور الوصلات مع الأجيال المتعاقبة. كما أن وصلات التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe) أكثر قابلية للتوسع من SATA لأنها تستخدم "ممرات" تمكن المستخدمين من مضاعفة عرض النطاق الترددي في الجيل نفسه.
واحدة من أهم مزايا تقنية NVMe هي قدرتها على إجراء العمليات المتزامنة في وقت واحد على خيوط معالجة متعددة، والمعروفة باسم عملية التوازي. تتمتع محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة بقائمة انتظار يبلغ اتساعها 64000، بينما تتمكن تقنية SATA من دعم 32 طلب إدخال / إخراج فقط في قائمة الانتظار في أي وقت. تستخدم تقنية NVMe قوائم انتظار أوامر متوازية و"حلقة استقصاء" بدلاً من استخدام برنامج تشغيل الجهاز القائم على "المقاطعة" في الإصدارات السابقة، ما يقلل من زمن الانتقال والنفقات العامة للنظام.
عندما يتعلق الأمر بأحدث التقنيات، مثل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (ML) والسحابة، فإن تقنية NVMe هي الخيار الأكثر توافقًا بكثير من تقنية SATA حيث طُورت بالتوازي مع تلك التقنيات خلال الفترة الزمنية نفسها. كما تعمل تقنية NVMe بسلاسة مع جميع أنظمة التشغيل الحديثة، بما في ذلك الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الألعاب. إلا إنه، عندما يتعلق الأمر بالتوافق مع التقنيات القديمة (مثل محركات الأقراص الثابتة)، فإن العديد من الأجهزة القديمة التي تدعم تقنية SATA غير متوافقة مع تقنية NVMe لأنها تفتقر إلى الوصلات اللازمة لمنافذ تقنية NVMe للتوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe).
في حين أن كلاً من تقنية NVMe وتقنية SATA أصبحا بأسعار معقولة أكثر في السنوات الأخيرة، إلا إن محركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة لا تزال ميسورة التكلفة إلى حد ما. على سبيل المثال، يكلف محرك أقراص ملحق SATA مقاس 2.5 بوصة سعة 1 تيرابايت من إصدار شركة Samsung ما يزيد قليلاً عن 100 دولار أمريكي، بينما يكلف محرك أقراص ذاكرة NVMe حوالي 170 دولارًا أمريكيًا (في وقت كتابة هذا التقرير). يتفاوت تسعير محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة على مستوى المؤسسات بشكل كبير وغالبًا ما يصل السعر إلى الآلاف. بينما أصبحت تقنية NVMe هي المعيار الصناعي لتنفيذ أحمال التشغيل لدى المؤسسات، لا تزال محركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة تستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر بدلاً من محركات الأقراص الثابتة لأنها أسرع بكثير.
يتوقف الاختيار بين تقنية NVMe وتقنية SATA على احتياجات المستخدم. فبالنظر إلى أجهزة الكمبيوتر، تعد تقنية SATA هي الخيار الأرخص بلا منازع إذا كان المستخدم على استعداد لتقبل السرعة الأقل. وبالنظر إلى احتياجات العمل على مستوى المؤسسة، يصعب تجاهل مزايا استخدام تقنية NVMe، حتى مع ارتفاع سعرها. فيما يلي بعض الأمثلة الحية على تطبيقات كلا التقنيتين:
بالنسبة إلى العديد من المستخدمين، تعد محركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة سريعة بما يكفي لتناسب احتياجات تخزين البيانات ونقلها اليومية. ومن ناحية السعر الأقل—على الأقل في الوقت الحالي—تظل خيارًا جذابًا. وعلى الرغم من ذلك، أصبحت تقنية NVMe هي المعيار الصناعي على مستوى المؤسسات بسرعة.
يوفر IBM Storage FlashSystem 5200 وحدة تخزين مضغوطة وفائقة الإمكانات إلى جانب جميع المزايا التي توفرها وحدة تخزين تقنية NVMe. كجزء من عائلة IBM Storage FlashSystem، يوحد طراز 5200 عملية إدارة البيانات في الوسط والسحابة والحافة، وهو مصمم في شكل 1U ثوري عامل. يساعد الطراز 5200 المؤسسات على تحقيق سرعة وأداء أعلى وقابلية توسع أكثر من حل تخزين البيانات لديها.