NVMe պահեստավորման տեխնոլոգիան ամենաժամանակակից համակարգիչներում
Վերջին տարիներին համակարգչային պահեստավորման տեխնոլոգիաները արագ զարգացել են: Մինչդեռ կոշտ սկավառակները (HDD) մի ժամանակ ստանդարտ էին, ապա անցան շատ ավելի արագ SATA-ի վրա հիմնված պինդ վիճակի կրիչների (SSD), ամենաժամանակակից համակարգիչները՝ թե՛ նոութբուքերը, թե՛ սեղանադիր համակարգիչները, ավելի ու ավելի են ապավինում NVMe պահեստավորմանը: NVMe-ն (Non-volatile Memory Express) հաղորդակցման արձանագրություն է, որը հատուկ մշակված է ֆլեշ հիշողության վրա հիմնված պահեստավորման կրիչների, մասնավորապես՝ PCI Express (PCIe) գծերով միացված ժամանակակից SSD-ների արտադրողականությունը մեծացնելու համար: Այս հոդվածը քննարկում է, թե ինչ է NVMe-ն, ինչպես է այն աշխատում, դրա առավելությունները և դրա դերը համակարգիչների վերջին սերնդի մեջ:
Ի՞նչ է NVMe-ն։
NVMe-ն և՛ ինտերֆեյսի ստանդարտ է, և՛ արձանագրություն, որը թույլ է տալիս SSD-ներին ավելի արդյունավետորեն շփվել համակարգչային համակարգերի հետ: Ի տարբերություն SATA SSD-ների, որոնք օգտագործում են Advanced Host Controller Interface (AHCI) արձանագրությունը, որը սկզբնապես նախատեսված էր HDD-ների համար, NVMe-ն սկզբնապես նախատեսված էր ֆլեշ կրիչի վրա հիմնված պահեստավորման համար, որն առաջարկում է գերցածր լատենտություն և բարձր զուգահեռություն:
Գործնականում, երբ մարդիկ խոսում են «NVMe SSD-ների» մասին, նրանք սովորաբար նկատի ունեն M.2 մոդուլներ կամ լրացուցիչ քարտեր, որոնք օգտագործում են PCIe միացում և NVMe արձանագրություն: PCIe միացումները ապահովում են շատ ավելի լայն տվյալների «մայրուղի», քան SATA-ն, ինչը թույլ է տալիս զգալիորեն ավելի արագ տվյալների փոխանցման արագություն:
NVMe vs SATA. Առավել նկատելի տարբերությունները
Ամենատարածված համեմատությունը SATA SSD-ների և NVMe SSD-ների միջև է: SATA SSD-ները սահմանափակված են SATA 3 ինտերֆեյսով, որը տեսականորեն հասնում է մոտ 6 Գբ/վ-ի (գործնականում մոտ 550–600 ՄԲ/վ): Կան շատ արագ արձագանքող SATA SSD-ներ, որոնք բավարար են բազմաթիվ կարիքների համար, բայց գագաթնակետային արագությունների համար SATA-ն ունի տեխնիկական սահմանափակում, որը դժվար է հաղթահարել:
Ի տարբերություն դրա, NVMe SSD-ները օգտագործում են PCIe: PCIe-ի վերջին սերնդի շնորհիվ արտադրողականությունը կարող է հասնել վայրկյանում մի քանի գիգաբայթի: Օրինակ՝
– NVMe PCIe 3.0 x4. սովորաբար մոտ 3.000–3.500 ՄԲ/վրկ հաջորդական ընթերցման արագություն։
– NVMe PCIe 4.0 x4: կարող է հասնել 5.000–7.000 ՄԲ/վրկ արագության։
– NVMe PCIe 5.0 x4. որոշ արտադրանքներ արդեն հասել են 10.000 ՄԲ/վրկ կամ նույնիսկ ավելի արագության։
Խոսքը միայն հաջորդական արագության թվերի մասին չէ, NVMe-ն նաև գերազանցում է IOPS-ով (մուտք/ելք գործողություններ վայրկյանում) և լատենտությամբ, որոնք մեծ ազդեցություն ունեն համակարգի արձագանքման վրա՝ հավելվածներ բացելիս, խաղային ակտիվներ բեռնելիս, նախագծային ֆայլերը մշակելիս և բազմախնդրություն կատարելիս։
Ինչո՞ւ է NVMe-ն ավելի արագ։
Կան մի քանի տեխնիկական պատճառներ, թե ինչու է NVMe-ն գերազանց.
1. Ավելի ժամանակակից արձանագրություններ
NVMe-ն AHCI-ի համեմատ նվազեցնում է հրամանների ծանրաբեռնվածությունը, ինչը CPU-SSD հաղորդակցությունն ավելի արդյունավետ է դարձնում։
2. Բազմակի և զուգահեռ հրամանների հերթեր
AHCI-ն սովորաբար ունի մեկ հերթ՝ սահմանափակ խորությամբ, մինչդեռ NVMe-ն կարող է աջակցել մեծ խորություններով մի քանի հերթերի։ Սա նշանակում է, որ SSD-ները կարող են միաժամանակ ավելի լավ մշակել բազմաթիվ ընթերցման/գրելու հարցումներ, ինչը կարևոր է ժամանակակից աշխատանքային բեռների համար։
3. PCIe միացում մեծ թողունակությամբ
PCIe-ն ապահովում է ուղիղ տվյալների ուղի դեպի պրոցեսոր/չիպսեթ՝ բարձր թողունակությամբ: PCIe-ի նոր սերունդները ավելի են ընդլայնում այդ թողունակությունը:
4. Ավելի ցածր լատենտություն
NVMe SSD-ները սովորաբար ունեն ավելի ցածր լատենտություն, քան SATA-ն, ուստի համակարգիչը «ավելի արագ» է թվում փոքր, բայց հաճախակի գործողություններ կատարելիս, ինչպիսիք են համակարգային ֆայլերի և ծրագրերի քեշերի բեռնումը։
Ֆիզիկական ձևեր՝ M.2, U.2 և PCIe քարտեր
Ավելի նոր համակարգիչների վրա NVMe-ն ամենից հաճախ ներկայացված է հետևյալ տեսքով.
– M.2 NVMe
Սա ամենատարածված ձևաչափն է՝ փոքր և փայտիկի նման, և միանում է անմիջապես մայրական սալիկի կամ նոութբուքի M.2 բնիկին: Սովորաբար այն 2280 չափսի է (22 մմ x 80 մմ), չնայած այլ չափսեր, օրինակ՝ 2230-ը, հաճախ օգտագործվում են կոմպակտ սարքերում:
– U.2 (2.5 դյույմանոց NVMe)
Ավելի տարածված է սերվերների կամ որոշակի աշխատանքային կայանների վրա, դրա առավելություններից են մեծ հզորությունը և որոշակի համակարգերում տաք փոխարինման հեշտությունը։
– PCIe լրացուցիչ քարտ
Քարտի տեսքով SSD, որը միանում է PCIe բնիկին, ինչպես տեսաքարտը։ Այն օգտագործվում է բարձր արտադրողականության կամ մեծ տարողունակության սեղանադիր համակարգիչների/աշխատանքային կայանների համար։
Տնային օգտատերերի համար M.2 NVMe ձևաչափը ամենատարածվածն է խաղային նոութբուքերում, ժամանակակից ուլտրաբուքերում և համակարգիչների վերջին տարբերակներում։
PCIe Gen 3, Gen 4 և Gen 5. Ի՞նչ ազդեցություն ունեն դրանք։
Ավելի նոր համակարգիչները հաճախ գովազդում են PCIe Gen 4 կամ Gen 5 աջակցությունը: Այնուամենայնիվ, օգտատերերի վրա իրական ազդեցությունը կախված է օգտագործումից.
– Ամենօրյա օգտագործում (օպերացիոն համակարգի բեռնում, զննարկչի, գրասենյակային ծրագրերի բացում). 3-րդ և 4-րդ սերունդների միջև տարբերությունները միշտ չէ, որ դրամատիկ են, քանի որ շատ գործողություններ սահմանափակվում են լատենտությամբ, պատահական կատարողականությամբ և CPU/RAM գործոններով։
– Ժամանակակից խաղեր. Բեռնումը կարող է ավելի արագ լինել, հատկապես մեծ ռեսուրսներ պահանջող խաղերի համար: DirectStorage-ի (Windows-ում) նման տեխնոլոգիաները նույնպես խրախուսում են արագ SSD-ների օգտագործումը:
– Բովանդակության ստեղծում (4K/8K տեսանյութերի խմբագրում, RAW լուսանկարներ, մեծ աուդիո նախագծեր). բարձր թողունակությունն ավելի նկատելի է, հատկապես մեծ ֆայլեր կարդալիս/գրելիս։
– Մասնագիտական աշխատանք (մեծածավալ կոդի կոմպիլյացիա, վիրտուալ մեքենաներ, տեղական տվյալների բազաներ). NVMe-ն զգալի բարելավումներ է ապահովում արձագանքման և թողունակության մեջ։
PCIe Gen 5-ը առաջարկում է շատ բարձր արագություններ, բայց հաճախ ունենում է ավելի լուրջ սառեցման պահանջներ, քանի որ SSD-ները կարող են ավելի շատ ջերմություն առաջացնել ծանր բեռների դեպքում։
Ջերմություն և սահմանափակում. NVMe SSD-ների մարտահրավերները
Որքան բարձր է արտադրողականությունը, այնքան մեծ է ջերմության առաջացման հավանականությունը: Բարձր արագությամբ NVMe SSD-ները կարող են ջերմային սահմանափակում ունենալ, որը արագության ավտոմատ նվազեցում է՝ սարքը գերտաքացման դեպքում պաշտպանելու համար: Հետևաբար, շատ ժամանակակից մայրական սալիկներ ապահովում են.
– M.2 նվիրված ջերմափոխանակիչ
- Ներկառուցված ջերմային բարձիկ
– M.2 անցքի դասավորություն, որը հաշվի է առնում օդային հոսքը
Բարակ նոութբուքերի դեպքում ջերմության կառավարումն ավելի մեծ մարտահրավեր է։ Արտադրողները սովորաբար օգտագործում են սառեցման թիթեղներ, ջերմափոխանակիչներ կամ ներքին կառուցվածքներ՝ SSD-ները սառը պահելու համար։
Հիշողության տարողունակություն և տեսակ՝ TLC, QLC և DRAM քեշ
Ոչ բոլոր NVMe SSD-ներն են ստեղծված նույնը։ Մի քանի կարևոր գործոններ՝
– TLC ընդդեմ QLC-ի
TLC-ն (եռակի մակարդակի բջիջ) ընդհանուր առմամբ ավելի դիմացկուն է և ապահովում է ավելի կայուն աշխատանք, քան QLC-ն (չորս մակարդակի բջիջ), չնայած QLC-ն հաճախ առաջարկում է ավելի ցածր գին մեկ ԳԲ-ի համար: Բարձր պահանջարկ ունեցող կիրառությունների համար նախընտրելի է TLC-ն:
– DRAM քեշ կամ առանց DRAM-ի
DRAM քեշով SSD-ները սովորաբար ապահովում են ավելի կայուն աշխատանք, հատկապես պատահական աշխատանքային բեռների դեպքում և երբ սկավառակը սկսում է լցվել: DRAM-ից զուրկ SSD-ները կարող են արագ մնալ HMB (Host Memory Buffer) նման տեխնոլոգիաների շնորհիվ, սակայն արդյունքները կարող են տարբեր լինել:
– Դիմացկունություն (TBW)
Գրված տերաբայթերի քանակը (TBW) ցույց է տալիս գրելու տևողություն։ Որքան բարձր է TBW-ն, այնքան ավելի հարմար է ինտենսիվ աշխատանքային բեռների համար։
NVMe-ի ընտրությունը միայն սարքի վրա նշված «ՄԲ/վրկ թվի» մասին չէ, այլև կատարողականի կայունության և երկարատև դիմացկունության։
NVMe-ն նորագույն համակարգիչներում. միտումներ և իրական առավելություններ
Ավելի նոր համակարգիչների վրա NVMe-ն դարձել է ստանդարտ մի քանի պատճառներով.
1. Ավելի կարճ բեռնման ժամանակ և ծրագրերի մեկնարկ
Օպերացիոն համակարգը և հիմնական ծրագրերը ավելի արագ են և ավելի արագ արձագանքում։
2. Կոմպակտ չափս
M.2 մոդուլները հնարավորություն են տալիս ստեղծել ավելի բարակ և կոմպակտ նոութբուքեր՝ առանց հզորությունը զոհաբերելու։
3. Աջակցում է ժամանակակից աշխատանքային բեռներին
Խաղերը, ստեղծագործական ծրագրերը և մասնագիտական աշխատանքային հոսքերը պահանջում են տվյալների արագ հասանելիություն: NVMe-ն բավարարում է այս կարիքները:
4. Մասշտաբայնություն
Ժամանակակից սեղանադիր մայրական սալիկներ հաճախ ապահովում են մի քանի M.2 բնիկներ, ինչը հեշտացնում է տարողունակության բարձրացումը առանց լրացուցիչ մալուխների:
Եզրակացություն
NVMe պահեստավորման տեխնոլոգիան ներկայացնում է զգալի առաջընթաց ժամանակակից հաշվարկներում: Հատուկ անկայուն հիշողության համար մշակված արձանագրությամբ և բարձր արագությամբ PCIe գծերի աջակցությամբ, NVMe-ն առաջարկում է ավելի արագ տվյալների փոխանցում, ավելի ցածր լատենտություն և զգալիորեն բարելավված մուտք/ելք բազմախնդրության հնարավորություններ, քան պահեստավորման նախորդ սերունդները: Ավելի նոր համակարգիչների օգտատերերի համար NVMe-ն միայն համեմատական կատարողականության բարելավումներ չեն. այն հիմքն է, որը համակարգչային փորձը դարձնում է ավելի արագ արձագանքող՝ սկսած բեռնումից մինչև հավելվածների բացում և պահանջկոտ ստեղծագործական աշխատանք: Քանի որ PCIe Gen 4 և Gen 5 աջակցությունը ընդլայնվում է, NVMe-ն կշարունակի մնալ պահեստավորման կատարողականության զարգացման կենտրոնում առաջիկա տարիներին:
