محرك الأقراص ذو حالة صلبة (SSD) في مقابل الذاكرة غير المتطايرة السريعة (NVMe): ما هي أوجه الاختلاف بينهما؟

أدت التطورات التكنولوجية الحديثة في مجال تخزين البيانات إلى دفع الشركات والمستهلكين إلى الابتعاد عن محركات الأقراص الصلبة (HDDs) التقليدية نحو تقنية أسرع ذات زمن انتقال أقل وهي محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD). في هذا المنشور، سنلقي نظرة على هذه التقنية الجديدة، بالإضافة إلى البروتوكول الأسرع والأكثر شيوعًا المتاح لتوصيلها باللوحة الأم للكمبيوتر—الذاكرة غير المتطايرة السريعة (NVMe).

في حين أن مصطلحي SSD وNVMe غالبًا ما يُستخدمان لوصف نوعين مختلفين من محركات الأقراص، إلا أنهما تقنيتان مختلفتان لتخزين البيانات يمكن استخدامهما لتكملة بعضهما البعض. تُعد محركات أقراص SSD نوعًا من أنواع التخزين القائمة على أشباه الموصلات المستخدمة مع تخزين بالذاكرة الوميضية، بينما NVMe هو بروتوكول لنقل البيانات مع انخفاض النفقات العامة للنظام مقابل لكل عملية إدخال/إخراج في الثانية (I/O، أو IOPS) والذي يُستخدم في محركات أقراص SSD مع الذاكرة الوميضية.

الاختلافات بين تقنية NVMe وSSD دقيقة ويمكن أن تكون مربكة. على الرغم من أن كل جهاز NVMe هو أيضًا محرك أقراص ذو حالة صلبة، إلا أن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ليست كلها محركات أقراص NVMe. وفقًا لتقرير شركة البيانات الدولية (IDC) لعام 2023، تم تصميم NVMe لتسريع نقل البيانات إلى الأنظمة المتصلة عبر ناقل PCI Express، وهو ناقل توسعة تسلسلي قياسي لتوصيل الكمبيوتر بجهاز طرفي واحد أو أكثر. ومع ذلك، لا تستخدم جميع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) تقنية PCIe؛ فبعضها يستخدم واجهات SATA وSAS الأقدم التي صُممت لمحركات الأقراص الصلبة HDD، ما يجعلها متوافقة مع الأجهزة القديمة.

قبل اختراع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة، كانت محركات الأقراص الصلبة ومحركات الأقراص المرنة هي محركات التخزين الأكثر استخدامًا في السوق. ولكن في حين أن محركات الأقراص الصلبة ومحركات الأقراص المرنة تعتمد على المغناطيس لتخزين البيانات، تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة تقنية جديدة تسمى NAND—وهو نوع تخزين غير متطاير لا يحتاج إلى الطاقة للاحتفاظ ببياناته. في محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة، تتكون كل شريحة ذاكرة من كتل تحتوي على خلايا (تُعرف أيضًا باسم الصفحات أو القطاعات) تحتوي كل منها على وحدات ذاكرة خاصة بها.
على عكس محركات الأقراص الصلبة التي لها زمن انتقال ووقت وصول متأصل بسبب الأسطوانات والأقراص الدوارة ورؤوس القراءة/الكتابة، فإن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة لا تحتوي على أجزاء متحركة، ما يجعلها أسرع بكثير. منذ أوائل إلى منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ازدادت شعبية محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) في سوق المستهلكين والشركات على حد سواء بسبب أدائها المتميز وسرعاتها الفائقة.

إذا كنت تبحث عن أسرع سرعات متاحة لنقل البيانات، فإن محرك أقراص NVMe SSD هو الخيار الأمثل. من خلال ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (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. أحد المزايا الأخرى الجذابة لمحرك أقراص NVMe تكمن في اسمها—الذاكرة غير المتطايرة. يعني هذا الوصف أنه، على عكس الأنواع الأخرى من محركات الأقراص، لا يلزم وجود طاقة ليحتفظ جهاز NVMe بذاكرته. بالإضافة إلى ذلك، على عكس التقنيات الأخرى، يمكن أن تتصل وحدة تخزين NVMe مباشرةً بوحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر باستخدام مقبس PCIe وتمكين الذاكرة الوميضية في محرك الأقراص من العمل من خلال PCIe بدلاً من برنامج تشغيل SATA، وهو أبطأ. 

هناك نوع آخر شائع من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة SSD وهو محرك الأقراص SATA، والذي أصبح أكثر شيوعًا مؤخرًا بسبب توافقه مع التقنيات القديمة. على الرغم من أن محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة لا تزال تتمتع بنطاق ترددي أكبر، إلا إن العديد من أجهزة الكمبيوتر القديمة لا تدعم تقنية NVMe أو التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe)، ما يجعل واجهة ملحق SATA الخيار الأفضل. يمكن أن تحقق محركات أقراص ملحق SATA ذات الحالة الصلبة سرعة نقل بيانات قصوى تبلغ 6 جيجابايت في الثانية (Gbps)، وهي أبطأ من الواجهات الأخرى الأحدث، ولكنها لا تزال أسرع بكثير من محرك الأقراص الصلب التقليدي.

محركات أقراص M.2، التي صدرت في عام 2012، هي نوع من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التي يمكن توصيلها مباشرة باللوحة الأم للكمبيوتر باستخدام عامل شكل M.2. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة، فإن محركات أقراص M.2 أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وتشغل مساحة أقل. كما أنها أصغر حجمًا وأسرع من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة مقاس 2.5 بوصة المستخدمة على نطاق واسع ولا تتطلب كابلات من أي نوع للتوصيل. على الرغم من صغر حجمها نسبيًا، يمكن أن تحتفظ محركات أقراص M.2 بالقدر نفسه من البيانات مثل نظيراتها—ما يصل إلى ثمانية تيرابايت (TBs) —وهي متوافقة مع أي لوحة أم تحتوي على فتحة M.2. عند استخدام واجهة NVMe، يمكن لمحركات أقراص M.2 NVMe SSD توفير بعضًا من أعلى سرعات نقل البيانات المتاحة في الوقت الحالي.

محرك الأقراص PCIe SSD عبارة عن بطاقة توسعة تربط الكمبيوتر بالعناصر المختلفة (مثل بطاقة الرسوميات أو جهاز التخزين الخارجي) باستخدام معيار ناقل التوسعة التسلسلي PCIe. تتوافر فتحات PCIe بخمسة أحجام مختلفة (x2، x3، x4... إلخ) حيث تشير x إلى عدد المسارات التي تحتويها كل بطاقة لنقل البيانات.
المعرف

إن NVMe (الذاكرة غير المتطايرة السريعة) هي بروتوكول نقل للبيانات صُممت للتخزين بالذاكرة الوميضية ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة. صدرت هذه التقنية في عام 2011 كبديل لبروتوكولات ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA) وبروتوكولات واجهة النظام الحاسوبي الصغير الملحقة المتسلسلة (SAS)، والتي كانت المعيار الصناعي في ذلك الوقت، حيث توفر معدل إنتاج أفضل من سابقاتها. بالإضافة إلى التحسينات في التخزين والتكنولوجيا، أسهمت تقنية NVMe في تطوير التقنيات المهمة التي كانت تتطور في الوقت نفسه، بما في ذلك إنترنت الأشياء (IoT)، والذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML).

منذ عام 2011، تميزت تقنية NVMe بنطاق ترددي عالٍ وسرعات نقل بيانات فائقة. وبفضل التحسينات التي أُدخلت على برامج تشغيل NVMe التي تسمح بالتوازي والاستطلاع، يمكن لمحركات أقراص NVMe SSD تحسين أوقات الاستجابة وسرعات الكتابة والمساعدة على تقليل زمن الانتقال لتجنب اختناقات وحدة المعالجة المركزية (CPU). بالإضافة إلى ذلك، تتمتع تقنية NVMe بصمة بنية تحتية أصغر على مستوى المؤسسة وتستخدم طاقة أقل من واجهة النظام الحاسوبي الصغير (SCSI) الشهيرة.

تتجاوز سرعة محركات أقراص ذاكرة NVMe عالية الأداء 3000 ميجابايت في الثانية (MB/s)، ويمكن أن تصل بعض الطرز الأحدث إلى 7500 ميجابايت/ثانية. على عكس سابقتها، تقنية ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA)، صُممت تقنية NVMe لوسائط التخزين عالية الأداء وغير المتطايرة، ما يجعلها خيارًا ممتازًا لبيئات الحوسبة الصعبة والغنية بالبيانات.

يمكن لمحركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe تشغيل عشرات الآلاف من قوائم انتظار الأوامر المتوازية في وقت واحد، وهو ما يُميزها عن محركات الأقراص التي تستخدم بروتوكول SCSI الأقدم والأبطأ والذي يمكنه نشر قائمة انتظار أوامر واحدة فقط. عند استخدام محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة، تكون طريقة الاتصال منفصلة عن البروتوكول. على سبيل المثال، يمكن لموصلات تقنية 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. 

تصل محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe إلى وحدة تخزين الذاكرة الوميضية من خلال ناقل التوصيل البيني السريع بين المكونات الطرفية (PCIe) الذي يزيل وحدة تحكم "middle man"، ما يقلل من زمن الانتقال بصورة كبيرة. ومع ذلك، يمكن أيضًا تشغيل NVMes على أي نوع من الوصلات البينية "النسيجية" —مثل قناة الألياف والإيثرنت—وداخل الإيثرنت وiWarp وRoCEv2 وiSER وNVMe-TCP. الجيل الرابع من ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe Gen4) هو أحدث إصدارات PCI Express، ومعدل نقل البيانات به ضعف معدل الجيل الثالث (Gen3). بينما تبلغ سرعة نقل الجيل الثالث من ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (Gen3 PCIe) 8 جيجا بايت في الثانية، (GT/s) في كل ممر من ممرات ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe)، فإن سرعة الجيل الرابع (Gen4) تبلغ 16 GT / ثانية، أو اثنين جيجابايت / ثانية في كل ممر من ممرات ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe).

يمكن لمحركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe تشغيل عشرات الآلاف من قوائم انتظار الأوامر المتوازية في وقت واحد، وهو ما يُميزها عن محركات الأقراص التي تستخدم بروتوكول SCSI الأقدم والأبطأ والذي يمكنه نشر قائمة انتظار أوامر واحدة فقط. عند استخدام محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة، تكون طريقة الاتصال منفصلة عن البروتوكول. على سبيل المثال، يمكن لموصلات تقنية 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. 

لا توجد طريقة لإجراء مقارنة دقيقة بين الذاكرة غير المتطايرة السريعة (NVMe) وتقنية محرك الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، حيث إنهما مختلفتان وغالبًا ما تكمل كل منهما الأخرى. توفر محركات أقراص NVMe SSD بعضًا من أسرع سرعات نقل البيانات المتاحة، لكن هذا لا يعني أنها بالضرورة الخيار الصحيح لاحتياجاتك. هناك العديد من العوامل التي تؤدي دورًا عند اختيار حل تخزين البيانات. لمساعدتك على الاختيار، قمنا بمقارنة بعض الخيارات الأكثر شيوعًا باستخدام أربعة عوامل حاسمة: السعر والمواصفات التقنية وسعة التخزين والسرعة.

• السعر: حتى وقت قريب، كانت محركات الأقراص SATA ذات الحالة الصلبة أرخص من محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe، ما يجعلها خيارًا جذابًا للمستخدمين ذوي الميزانية المحدودة. ومع ذلك، فقد انخفض سعر محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe على مدار السنوات القليلة الماضية مع توفر هذه التقنية على نطاق واسع، ما يجعل السعر يفقد دوره كعامل تمييز تدريجيًا. واليوم، تتراوح أسعار محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الشهيرة من Samsung—في كلاً من نوعي NVMe أو SATA وبسعة تخزين مماثلة —بين 64 و130 دولارًا أمريكيًا على Amazon.
• المواصفات التقنية: لا تدعم العديد من الأجهزة القديمة تقنية NVMe الأحدث والأسرع، ما يجعل محرك أقراص SATA SSD الخيار الضروري. قبل شراء محرك أقراص ذي حالة صلبة (SSD)، يجب على المستخدمين أيضا التأكد من أن نظامهم يحتوي على اتصالات PCIe كافية لدعم عدد الأجهزة التي يرغبون في توصيلها. تحتوي العديد من اللوحات الأم على فتحتين أو ثلاث فتحات فقط، ما سيحد من عدد الأجهزة التي يمكنها توصيلها.
• سعة التخزين: تتوفر محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe وSATA عادةً بخيارات سعة تصل إلى 1 تيرابايت أو 2 تيرابايت. يمكن للمستخدمين الذين يبحثون عن سعة أكبر الترقية إلى طرازي 4 تيرابايت و8 تيرابايت، ولكن بسعر أعلى. في وقت كتابة هذا التقرير، كانت أسعار محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe وSATA سعة 4 تيرابايت تتراوح بين 200 و300 دولار أمريكي على Amazon، بينما كانت تقترب أسعار محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة سعة 8 تيرابايت من 400 دولار أمريكي.
• السرعة: إن الميزة الرئيسية التي تميز محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe هي السرعة والأداء. تستخدم تقنية NVMe واجهة PCIe التي تمكّنها من الاتصال مباشرةً بوحدة المعالجة المركزية، ما يقلل من زمن الانتقال ويحسن من سرعة 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 بنفس السرعة، إلا أن محركات أقراص SATA SSD لا تزال تنقل البيانات على نحو أسرع من نظيراتها القديمة من محركات الأقراص الصلبة. وفقًا لاحتياجاتك، قد تكون سرعات محركات أقراص SATA SSD كافية.

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

• حوسبة عالية الأداء/عالية السرعة: إن قدرة محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe على التعامل مع المعالجة المتوازية تجعلها حلاً مثالياً للعديد من بيئات الحوسبة الأكثر تطلبًا وتعقيدًا في الوقت الحالي. تعتمد العديد من التطبيقات عالية الطلب، مثل تطبيقات التداول المالي عالية التردد وعمليات نشر الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، على محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe للوصول السريع إلى كميات كبيرة من البيانات.
• التطبيقات كثيفة الحوسبة: غالبًا ما تعتمد التطبيقات التي تتميز بالتفاعلات الفورية مع العملاء على تقنية NVMe لتنفيذ أحمال التشغيل بها. من بين على هذه التطبيقات على سبيل المثال: تطبيقات التجارة الإلكترونية والتمويل الشخصي والعديد من تطبيقات السحابة الأصلية .
• مراكز البيانات: تساعد محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe مراكز البيانات في كل مكان على توسيع قدرات التخزين لديها وتحقيق سرعات نقل فائقة. في حين لا تزال محركات أقراص SATA SSD قيد الاستخدام على مستوى الشركات، وفقًا لتقرير حديث صادر عن Enterprise Strategy Group (ESG)، فإن ما يقرب من ثلاثة أرباع الشركات إما تحولت بالفعل إلى التخزين على محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe أو تخطط لذلك في العام المقبل.
• تحرير الفيديو: يستخدم العديد من محرري الفيديو محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe ومحركات أقراص SATA SSD لتوسيع مساحة التخزين لديهم مع الاستمرار في الحصول على سرعات المعالجة العالية التي يحتاجون إليها. أحد الأمثلة على ذلك هو محرك الأقراص NVMe M.2 SSD الرقيق والصغير والقابل للحمل بدرجة كبيرة والذي يُعد حلاً مثاليًا لأجهزة الكمبيوتر خفيفة الوزن مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والشخصية وأجهزة Ultrabooks.
• الألعاب: يعتمد اللاعبون الجادون في كل مكان على أوقات التحميل السريعة التي توفرها محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة NVMe وSATA. يمكن لكلا النوعين من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة توفير تجربة ألعاب سلسة وسريعة بأسعار متقاربة، بالإضافة إلى تحسين سرعة وأداء التطبيقات اليومية لأي جهاز كمبيوتر شخصي.

تساعد محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة المستهلكين والمؤسسات على تحقيق النقل السريع للبيانات الذي يحتاجونه. بالنسبة لعشاق الألعاب ومحرري الفيديو، غالبًا ما تكون محركات أقراص SATA SSD القديمة كافية، ولكن بالنسبة لأحمال التشغيل في المؤسسات، أصبحت محركات أقراص SSD المستندة إلى NVMe هي المعيار الصناعي بسرعة. يوفر IBM Storage FlashSystem 5300 وحدة تخزين مضغوطة وفائقة الإمكانات إلى جانب جميع المزايا التي توفرها تقنية NVMe. يساعد الطراز 5300 المؤسسات على تحقيق سرعة وأداء أعلى وقابلية توسع أكثر في حلول تخزين البيانات لديها.