ما هو محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة؟

تتكون كل شريحة ذاكرة وميضية NAND من مصفوفة من الكتل، تُعرف أيضًا باسم شبكة، وداخل كل كتلة، توجد مصفوفة من خلايا الذاكرة، تُعرف باسم الصفحات أو القطاعات. يمكن أن يختلف عدد البتات المخزنة في كل خلية، وعادةً ما يتم تصنيفها إما كخلايا أحادية البت (أي "خلايا المستوى الأحادي" أو "SLC")، أو خلايا ثنائية وثلاثية البتات (أي "خلايا المستوى المتعدد/MLC" و "خلايا المستوى الثلاثي/TLC")، أو خلايا رباعية البتات ("QLC"). يتميز كل نوع من الخلايا أيضًا بنقاط قوته وضعفه. فبينما تُعرف خلايا SLC بموثوقيتها وسرعاتها العالية وأسعارها، تتمتع خلايا QLC بميزة كونها أقل تكلفة. يمكن لكل شبكة تخزين ما بين 256 كيلوبايت و 4 ميغابايت. تعمل وحدة المعالجة المركزية (CPU) كوحدة تحكم لأي عمليات قراءة أو كتابة للذاكرة. حجمها ومتطلبات الطاقة المنخفضة تجعلها مثالية لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية.

تحاول محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSDs) محاكاة محركات الأقراص الثابتة (HDDs) من خلال استخدام ذاكرة الحالة الصلبة غير المتطايرة، لكنها أسرع بكثير من محركات الأقراص الثابتة التقليدية أو الأقراص المرنة. تعاني محركات الأقراص الثابتة من زمن انتقال واستجابة كامن متأصل ناتج عن التأخيرات الميكانيكية في دوران القرص وحركة رأس القراءة/الكتابة. نظرًا لأن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة لا تحتوي على أجزاء متحركة، فإن زمن الانتقال والوقت اللازم للوصول إلى البيانات وتخزينها ينخفض بشكل كبير.

وفقا لشركة Gartner (الرابط موجود خارج ibm.com)، تبرز محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة كمنصة التخزين المفضلة لدعم أعباء عمل البيانات المنظمة، وهو ما يغذيه الابتكار حول الذاكرة الوميضية NAND وتقنية ذاكرة فئة التخزين (SCM). ويتوقعون أنه بحلول عام 2025 سيتم استبدال أكثر من 40% من جميع أنشطة إدارة ودعم تخزين تكنولوجيا المعلومات المحلية بتخزين مُدار كخدمة، بزيادة عن أقل من 5% في عام 2021.

التخزين بالذاكرة الوميضية، المعروف أيضًا باسم الذاكرة الوميضية، وهو نوع من تقنية الحالة الصلبة التي تستخدم شرائح ذاكرة فلاش لكتابة وتخزين البيانات. يمكن أن تتراوح حلول تخزين الفلاش من محركات أقراص USB إلى مصفوفات على مستوى المؤسسات. تم تصميم مصفوفات الفلاش بالكامل لزيادة وتسريع الأداء إلى أقصى حد دون قيود وظائف شبكة التخزين (SAN) القديمة. وهي أكثر ملاءمة لبيئات السحابة المتعددة وبروتوكولات التخزين، مثل NVMe. نظرًا لأن معظم محركات أقراص الحالة الصلبة الحديثة تعتمد على الذاكرة الوميضية، فإن تخزين بالذاكرة الوميضية يميل إلى أن يكون مرادفًا لنظام الحالة الصلبة.

كما هو واضح من الاسم، يتم تثبيت محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الداخلية داخل الكمبيوتر، وتتصل مباشرة بلوحته الأم. أما محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الخارجية، فتُوصَل مثل محركات الأقراص الثابتة الخارجية التقليدية، غالبًا بمنافذ USB 3.0، وتخدم أغراضًا مماثلة. تتصل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الداخلية عبر معايير SATA و IDE و m.2، بينما تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الخارجية توصيلات USB و eSATA و Thunderbolt.

هناك نوعان رئيسيان من عوامل شكل SSD:

- mSATA III و SATA III ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التقليدية (SSDs): في حين أن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة SATA ربما تكون الأكثر شيوعًا، إلا أنها تعتبر إلى حد كبير تقنية قديمة حيث تم تصميمها بهدف تركيبها مكان محركات الأقراص الصلبة التقليدية. ومع ذلك، قد تحتاج إلى محول فتحة أو حاوية حسب جهازك، مثل جهاز كمبيوتر مكتبي. وبينما سهلت سهولة التثبيت اعتماد محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة، فإن هذه الواجهة في طور التلاشي مع ظهور محركات أقراص الحالة الصلبة PCIe و NVMe. وبالمقارنة، فإن mSATA III و SATA III ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التقليدية محدودة في سرعاتها، حيث تتمتع بنطاق ترددي أقل مقارنة بالإصدارات الأحدث من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة المتوفرة في السوق.

- الأقراص ذات الحالة الصلبة PCIe و NVMe: تستخدم عوامل شكل أحدث، مثل الأقراص ذات الحالة الصلبة U.2 و M.2، بروتوكول واجهة يسمى Nonvolatile Memory Express (NVMe)، والذي تم تطويره بالاشتراك بين شركات في مجموعة عمل NVM express، مثل Samsung و Intel و Seagate. يعمل NVMe مع ناقل المكونات الطرفية السريع (المعروف أيضًا باسم PCI Express أو PCIe) لتقديم سرعات نقل بيانات عالية، تصل إلى سرعات قراءة تزيد عن 3000 ميغابايت/ثانية. يجعل زمن الانتقال المنخفض هذا النوع من أقراص الحالة الصلبة مثاليًا للاعبين وأجهزة PlayStation الخاصة بهم. عادةً ما تأتي هذه الأقراص المزودة بمشتت حراري لمنع ارتفاع درجة الحرارة.

يمتد تاريخ IBM مع القرص الصلب إلى خمسينيات القرن الماضي مع القرص الصلب IBM 650 RAMAC. تستخدم محركات الأقراص الثابتة (HDD) قرصًا مغناطيسيًا دوارًا ورأس كتابة ميكانيكي لمعالجة البيانات. أكثر الأشكال شيوعًا هي محركات أقراص مقاس 2.5 و 3.5 بوصة، والتي تُستخدم لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمكتبية، على التوالي. في حين أن معظم محركات الأقراص الثابتة تستخدم واجهة SATA، المعروفة أيضًا باسم Serial ATA، فقد تصادف أيضًا وصلات SCSI الملحقة المتسلسلة (SAS) أو قناة ألياف للاستخدامات المتخصصة.

على عكس محركات الأقراص الثابتة، لا تحتوي محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) على أجزاء متحركة لإبطائها، لذا فإن SDDs جذابة للغاية بسبب إنتاجيتها العالية. ومع ذلك، يميل مستخدمو الحالة الصلبة إلى المساومة على سعة التخزين. على الرغم من وجود SSDs ذات سعة عالية، إلا أن المستخدمين سيدفعون سعرًا أعلى مقارنة بمحركات الأقراص الثابتة.

تتبنى العديد من المؤسسات نهجًا هجينًا، يمزج بين سرعة الذاكرة الوميضية المؤقتة وسعة محركات الأقراص الثابتة. تُمكّن البنية التحتية المتوازنة الشركات من تطبيق التقنية المناسبة لاحتياجات التخزين المختلفة، مما يوفر طريقة اقتصادية للانتقال من محركات الأقراص الثابتة القديمة دون التحول الكامل إلى وحدات التخزين المؤقتة.

- الأداء العالي: محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة أكثر كفاءة في السرعة مقارنة بمحركات الأقراص الثابتة نظرًا لنظام الذاكرة الوميضية الخاص بها، مما يجعلها مثالية لتشغيل التطبيقات أو بدء تشغيل نظامي التشغيل Windows أو Mac OS أو نقل الملفات. ومع ذلك، كلما انخفضت سعة التخزين، يمكن أن تصبح محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة أبطأ بشكل متزايد.

- سهولة الاستخدام: SDDs سهلة التركيب، ولا تحتوي على أجزاء متحركة. كما أن حجمها ووزنها يجعلانها محمولة للغاية، مما يجعلها جذابة للغاية للأجهزة المحمولة الشائعة ، مثل Mac Book و iPad.

- المتانة والموثوقية: مشاكل الحرارة الناتجة عن الدوران العالي في الدقيقة (RPM) والتآكل الميكانيكي تتسبب في تدهور وتلف محركات الأقراص الثابتة بمرور الوقت وتخلق نقاط ضعف تجاه الاهتزازات والسقوط والصدمات.

- عدد محدود من عمليات الكتابة: العيب الرئيسي في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) هو أن لديها عددًا محدودًا من عمليات الكتابة طوال عمرها الافتراضي. ومع ذلك، فإن تقنيات مثل موازنة التآكل والتزويد الاحتياطي تساعد محركات أقراص SSDs من فئة المؤسسات على تحمل سنوات عديدة من الاستخدام المستمر.

- التكلفة: بينما تكون تكلفة وحدة التخزين (أي بالغيغابايت (GB) أو التيرابايت (TB)) لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSDs) أعلى من محركات الأقراص الثابتة (HDDs)، فإن استهلاك الطاقة لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة أقل. وعلى عكس محركات الأقراص الثابتة، لا تستهلك محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الكهرباء لتشغيل الأقراص من وضع السكون؛ فتصميم منتجها يوفر على الشركات المال في فواتير الطاقة الخاصة بها.