NVMe مقابل M.2: ما الفرق؟

على مدار العقد الماضي، أصبحت محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) الخيار الأفضل للعديد من بيئات الحوسبة نظرًا لسرعات القراءة / الكتابة الأفضل وقلة الأجزاء المتحركة عند مقارنتها بمحركات الأقراص الثابتة (HDD). إلا إنه، في ظل وجود العديد من الخيارات للاختيار من بينها، قد يكون العثور على الخيار المناسب لاحتياجاتك أمرًا صعبًا.

في هذا المنشور، سنلقي نظرة على أحد أكثر أنواع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) استخدامًا، وهو محرك M.2، والبروتوكول الأكثر شيوعًا (والأسرع) المتاح لتوصيل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) باللوحات الأم، وهو الذاكرة السريعة غير المتطايرة (NVMe).

في حين أن المصطلحين M.2 وNVMe غالبًا ما يستخدمان بشكل متبادل، إلا إنهما يشيران في الواقع إلى تقنيتين مختلفتين يمكن استخدامهما معًا أو بشكل منفصل. باختصار:

• تقنية NVMe هي بروتوكول تخزين ونقل مصمم خصوصًا لوسائط التخزين عالية الأداء وغير المتطايرة.
• M.2 هو عامل شكل من أشكال محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) يوفر وحدة تخزين عالية الأداء.

توفر محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة M.2 المتصلة باستخدام واجهة تقنية NVMe بعضًا من أعلى سرعات نقل البيانات المتاحة.

محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة هي نوع من أنواع أجهزة التخزين القائمة على أشباه الموصلات والتي تعتمد على ذاكرة وميضية لتخزين البيانات في جهاز كمبيوتر. على عكس التخزين المغناطيسي—مثل محركات الأقراص الثابتة (HDD) ومحركات الأقراص المرنة التي تخزن البيانات باستخدام المغناطيس—تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة تقنية NAND، وهي نوع من أنواع التخزين غير المتطاير الذي لا يتطلب طاقة للحفاظ على بياناته. في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، يتم إنشاء كل شريحة ذاكرة من كتل تحتوي على خلايا ذاكرة (تعرف أيضًا باسم الصفحات أو القطاعات) تحتوي كل منها على أجزاء من الذاكرة. في حين أن محركات الأقراص الثابتة لها زمن انتقال ووقت وصول متأصل بسبب الأسطوانات وحركة رؤوس القراءة / الكتابة، فإن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة لا تحتوي على أجزاء متحركة، ما يجعلها أسرع بكثير.

تقنية NVMe (الذاكرة السريعة غير المتطايرة) هي عبارة عن بروتوكول لنقل البيانات مع انخفاض النفقات العامة للنظام مقابل كل إدخال/إخراج في الثانية (I/O، أو IOPS) والتي تُستخدم في وحدات تخزين محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ووحدات التخزين بالذاكرة الوميضية. 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. على عكس الإصدار السابق، تقنية ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA)، صُممت تقنية NVMe لوسائط التخزين عالية الأداء وغير المتطايرة، ما يجعلها خيارًا ممتازًا لكل من أحمال تشغيل المستهلك والمؤسسات.

يمكن استخدام ذاكرة NVMe على مستوى المؤسسة مع بصمة بنية تحتية أصغر واستخدام طاقة أقل من واجهة النظام الحاسوبي الصغير (SCSI) الشهيرة. ويمكن أن توفر محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة أوقات استجابة أفضل من محركات الأقراص الثابتة بسبب الإصلاحات التي تم إدخالها على برامج التشغيل، ما يسمح بالتوازي والاستقصاء ويساعد في تقليل زمن الانتقال لتجنب أعطال وحدة المعالجة المركزية.

في عام 2011، صدرت تقنية تخزين ذاكرة NVMe كبديل لبروتوكولات ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA) وبروتوكولات واجهة النظام الحاسوبي الصغير الملحقة المتسلسلة (SAS)، والتي كانت المعيار الصناعي لعدة سنوات. بالإضافة إلى التحسينات في التخزين والتكنولوجيا مقارنةً بسابقاتها، 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).

ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe)

أحد أهم ما يميز محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة هو الطريقة التي يصل بها إلى وحدة التخزين بالذاكرة الوميضية. باستخدام ناقل التوصيل البيني السريع للمكونات الطرفية (PCIe)، فإنها تزيل جهاز التحكم "الوسيط"، ما يقلل بشكل كبير من زمن الانتقال. إلا إنه يمكن تشغيل تقنية NVMe أيضًا على أي نوع من أنواع التوصيل البيني "النسيجي"—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).

قوائم انتظار الأوامر المتوازية

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 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.

محركات الأقراص M.2 (أو محركات عامل الشكل من الجيل التالي (NGFF)) هي نوع من أنواع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) والتي تتصل باللوحة الأم للكمبيوتر عبر واجهة M.2. تتميز محركات الأقراص M.2 بكفاءة عالية في استهلاك الطاقة مقارنةً بأنواع أخرى من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، كما تشغل مساحة أقل. بالإضافة إلى ذلك، فهي لا تتطلب أي نوع من الكابلات للتوصيل، وهي أصغر حجمًا وأسرع من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) مقاس 2.5 بوصة المستخدمة على نطاق واسع.

على الرغم من صغر حجمها نسبيًا، لا تزال محركات الأقراص M.2 تحتفظ بالقدر نفسه من البيانات مثل نظيراتها (سعة تصل إلى 8 تيرابايت أو TBs) وتعمل عادةً بشكل أسرع. إنها سهلة التركيب ومتوافقة مع أي لوحة أم تحتوي على منفذ M.2. حتى إذا لم تكن اللوحة الأم تحتوي على منفذ M.2، فلا يزال من الممكن توصيل محرك الأقراص M.2 باستخدام بطاقة محول تناسب منفذ ناقل التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe).

محركات أقراص ملحق التكنولوجيا التسلسلية المتقدمة (SATA) ذات الحالة الصلبة من طراز M.2

أصبحت محركات أقراص تقنية SATA عامل شكل شائعًا بشكل متزايد نظرًا لتوافقها 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 ذي محرك الأقراص M.2 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 الأحدث الأخرى. من حيث الدقة في الأداء، فإن SATA M.2 هو أدنى أنواع محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة درجةً في السوق. لكن التقنية لا تزال أسرع بكثير من محرك الأقراص الثابتة، بفضل عرض النطاق الترددي الأعلى بثلاثة أو حتى أربعة أضعاف. بالإضافة إلى ذلك، تعد محركات أقراص SATA M.2 ذات الحالة الصلبة ميسورة التكلفة أكثر من محركات أقراص ذاكرة NVME ذات الحالة الصلبة، وبالنسبة إلى اللوحات الأم التي لا تحتوي على مساحة لمحرك أقراص مقاس 2.5 بوصة، يعد محرك الأقراص SATA M.2 بديلاً رائعًا.

محركات الأقراص M.2 NVMe ذات الحالة الصلبة

تتميز تقنية NVMe بنطاق ترددي عالٍ وسرعات نقل بيانات عالية. تتجاوز سرعة محركات أقراص ذاكرة NVMe عالية الأداء 3000 ميجابايت في الثانية (MB/s)، ويمكن أن تصل بعض الطرز الحديثة إلى 7500 ميجابايت/ثانية. توفر محركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة أعلى سرعات نقل بيانات في السوق على الإطلاق. أحد المزايا الأخرى الجذابة لتقنية NVMe تكمن في اسمها: الذاكرة غير المتطايرة. يعني هذا الوصف أن الطاقة غير لازمة لاحتفاظ جهاز NVMe ببياناته.

على عكس التقنيات الأخرى، تتصل محركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة مباشرةً بوحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر من خلال منفذ التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe). تتيح هذه الميزة لذاكرة محرك الأقراص الوميضية العمل من خلال التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe) بدلاً من برنامج تشغيل تقنية SATA الذي يعمل بسرعة أبطأ بكثير. بفضل ناقل التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe)، يمكن لمحرك الأقراص NVMe M.2 ذي الحالة الصلبة تحقيق سرعة نقل هائلة تبلغ 20 جيجابت في الثانية، أي أكثر من ثلاثة أضعاف سرعة SATA M.2.

قد يجد المستخدمون الجدد لهذه التقنيات أنفسهم يسألون أيهما أفضل - NVMe أم M.2؟ الحقيقة هي أنه لا مجال للمقارنة الفعلية. إنهما تقنيتان مختلفتان وليس عليك الاختيار بينهما لأنه يمكنك الحصول على كلتيهما. عند اختيار محرك أقراص التخزين، يعد محرك الأقراص NVMe M.2 ذو الحالة الصلبة أحد أسرع محركات الأقراص المتاحة وسهلة التركيب.

ومع ذلك، هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها إلى جانب السرعة والأداء عند شراء محرك أقراص. ولتبسيط العملية، قمنا بمقارنة التقنيات الأكثر شيوعًا باستخدام أربعة عوامل حاسمة: السعر والمواصفات التقنية وسعة التخزين والسرعة.

• السعر: حتى وقت قريب، كانت محركات الأقراص SATA M.2 ذات الحالة الصلبة أرخص من محركات الأقراص NVMe M.2، ما يجعلها خيارًا جذابًا للمستخدمين ذوي الميزانية المحدودة. إلا إنه، مع انخفاض سعر محركات الأقراص NVMe M.2 كل عام، لم يعد السعر عاملاً مهمًا كما كان من قبل. حتى وقت كتابة هذا المقال، تراوحت أسعار محركات الأقراص NVMe وSATA M.2 من إصدار شركة Samsung بسعات تخزين تبلغ إما واحدًا أو اثنين تيرابايت بين 64 دولارًا أمريكيًا و130 دولارًا أمريكيًا على منصة Amazon.
• المواصفات التقنية: هنا يتجلى الفرق بين التقنيتين بوضوح. بعض الأجهزة القديمة ببساطة لا تدعم تقنية NVMe، ما يجعل SATA M.2 الخيار الأفضل. وأيضًا، قبل شراء محرك أقراص NVMe، سيرغب المستخدمون في التحقق من توافق نظامهم والتأكد من أنه يحتوي على توصيلات كافية لناقل التوصيل البيني للمكونات الطرفية (PCIe) لدعم أجهزة متعددة.
• سعة التخزين: تتوفر محركات الأقراص NVMe وSATA M.2 عادةً بخيارات سعة تصل إلى 1 تيرابايت أو 2 تيرابايت. يمكن للمستخدمين الذين يبحثون عن شيء أكبر الترقية إلى طرز ذات سعة 4 تيرابايت و8 تيرابايت بسعر أعلى بكثير. في وقت كتابة هذا التقرير، كانت أسعار محركات الأقراص NVMe وSATA M.2 ذات سعة 4 تيرابايت تتراوح بين 200 و300 دولار أمريكي على منصة Amazon، وكانت أسعار نظيراتها من محركات الأقراص الصلبة ذات سعة 8TB تكاد تقترب من 400 دولار أمريكي.
• السرعة: تعد القدرات عالية الأداء والإنتاجية العالية ونقل البيانات عالية السرعة لمحركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة من أهم ما يميزها في السوق. تستفيد تقنية NVMe من واجهة النظام الحاسوبي الصغير (PCIe)، ما يسمح لها بالاتصال مباشرةً بوحدة المعالجة المركزية ومحرك الأقراص ذي الحالة الصلبة. وذلك يساعد على تقليل زمن الانتقال وتحسين سرعة استجابة النظام. ومع ذلك، قد لا تحتاج إلى السرعات الفائقة التي يوفرها محرك الأقراص NVMe M.2 ذو الحالة الصلبة حسب احتياجاتك، وفي هذه الحالة يكون محرك الأقراص SATA M.2 ذو الحالة الصلبة خيارًا أرخص بقليل. على الرغم من أنها ليست بنفس سرعة محركات أقراص NVMe ذات الحالة الصلبة، إلا إن محركات أقراص SATA لا تزال أسرع بكثير من أي محرك أقراص ثابت. إذا كنت لاعبًا أو تستخدم جهاز الكمبيوتر للتطبيقات المكتبية، فربما يكون محرك الأقراص SATA M.2 ذو الحالة الصلبة جيدًا.

حتى هذه اللحظة، أثبتنا أن NVMe وM.2 ليستا تقنيتين متنافستين—بل يمكنهما في الواقع أن يكملا بعضهما بعضًا. من ناحية احتياجات العمل على مستوى المؤسسة، لا يمكن تجاهل مزايا استخدام تقنية NVMe. من المؤكد أن محركات الأقراص M.2 ذات الحالة الصلبة لديها الكثير من حالات استخدام المؤسسات، ولكنها أيضًا تحظى بشعبية كبيرة بين المستهلكين الذين يتطلعون إلى ترقية جهاز كمبيوتر محمول أو كمبيوتر شخصي. فيما يلي بعض حالات الاستخدام الأكثر شيوعًا لكلتا التقنيتين:

• الحوسبة عالية الأداء: تتمتع تقنية NVMe بالسرعة والسعة التخزينية اللازمة للتعامل مع المعالجة المتوازية، وهو أحد المتطلبات الرئيسية للتطبيقات المطلوبة مثل التداول المالي عالي التردد والذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (ML).
• التطبيقات المطلوبة: غالبًا ما تعتمد التطبيقات التي تتميز بالتفاعلات الفورية مع العملاء والوصول السريع إلى كميات كبيرة من البيانات على تقنية NVMe لتنفيذ أحمال التشغيل بها. من بين الأمثلة تطبيقات التجارة الإلكترونية والتمويل الشخصي والعديد من تطبيقات السحابة الأصلية.
• مراكز البيانات: تساعد محركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة مراكز البيانات على توسيع قدرات التخزين لديها مع الاستمرار في تقديم سرعات فائقة. وفقًا لتقرير حديث صادر عن Enterprise Strategy Group (ESG) (الرابط ينقلك خارج موقع ®ibm.com)، فإن ما يقرب من ثلاثة أرباع الشركات تستخدم بالفعل وحدة تخزين محركات أقراص ذاكرة NVMe ذات الحالة الصلبة أو تخطط للحصول عليها في العام المقبل.
• تحرير الفيديو والرسومات: يستخدم العديد من محرري الفيديو محركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة لتوسيع مساحة التخزين لديهم مع الاستمرار في الحصول على سرعات المعالجة العالية التي تحتاجها تطبيقاتهم. علاوة على ذلك، فإن صغر حجم محرك الأقراص NVMe M.2 المحمول ورقته يجعله مثاليًا لأجهزة الكمبيوتر خفيفة الوزن مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والشخصية وأجهزة Ultrabooks الخاصة بالمحررين أثناء تنقلهم.
• الألعاب: لجأ العديد من اللاعبين الجادين إلى الاعتماد على أوقات التحميل السريعة التي توفرها محركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة. بفضل الترقية سهلة التثبيت بأسعار معقولة، توفر محركات الأقراص NVMe ذات الحالة الصلبة تجربة ألعاب سلسلة وتعزز الاستخدام اليومي للكمبيوتر الشخصي في مجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى أيضًا.

تساعد تقنية NVMe المقترنة بعامل الشكل M.2 المستهلكين والمؤسسات على توفير أعلى سرعات نقل البيانات في السوق. لعشاق الألعاب ومحرري الفيديو وغيرهم من المستخدمين الذين يتطلعون إلى ترقية إمكانات تخزين ونقل أجهزة الكمبيوتر لديهم، تعد محركات الأقراص NVMe M.2 ذات الحالة الصلبة خيارًا جذابًا.

على مستوى المؤسسة، يوفر IBM Storage FlashSystem 5300 وحدة تخزين مضغوطة وفائقة الإمكانات بالإضافة إلى جميع مزايا تقنية NVMe. يساعد الطراز 5200 المؤسسات على تحقيق سرعة وأداء أعلى وقابلية توسع أكثر من حل تخزين البيانات لديها.