مقایسه SAS Sata و NVME

به نظر می رسد (NVMe) جانشین آشکار SATA / SAS است. بیایید با مقایسه هارد SSD – SATA– NVME بررسی کنیم که آیا NVMe برای سرور مناسب است.

شما از این عنوان متوجه شده اید که می خواهیم فناوری جدیدتری را در مقابل سریال معمولی ATA (SATA) و پسر عموی شرکت محور آن ،سریال متصل SCSI (SAS) مقایسه کنیم. به خاطر داشته باشید که تمرکز ما بر روی پروتکل ها ،قوانینی است که نحوه ارتباط سیستم با دستگاه های ذخیره سازی را کنترل می کند ،و نه اتصالات فیزیکی. بنابراین حتی اگر وقتی “SATA” را می شنوید ، معمولاً به شاخه ها و درگاه ها فکر می کنید ،در این بحث پروتکل های ذخیره سازی اهمیت دارند.

تکنولوژی SATA

پورت SATA مخفف عبارت Serial Advanced Technology Attachment و به معنای تکنولوژی ارتباطی پیشرفته است که برای برقراری ارتباط ابزارهای ذخیره سازی داده ها از قبیل دیسک سخت و درایو نوری به گذرگاه میزبان می باشد.

ورژن های ویرایش شده پورت SATA معمولا با یک خط تیره و به دنبال آن اعداد رومی تعیین می شوند، به عنوان مثال: “SATA-III” برای جلوگیری از سردرگمی همیشه مثلا به صورت SATA 6 Gbit / s نمایش داده می شوند. به طور کلی ورژن های پورت SATA به شرح زیر می باشد:

SATA 1: اولین ورژن پورت SATA می باشد که سرعت و پهنای باند به ترتیب ۵ Gb/s و ۱۵۰ MB/s است.
SATA 2: در این ورژن تکنیک صف بندی NCQ بهSATA اضافه شد که منجر به افزایش سرعت اجرای دستورات می شود و سرعت و پهنای باند این ورژن به ترتیب ۳ Gb/s و ۳۰۰ MB/s است.
SATA 3: در این ورژن علاوه بر تغییرات جزیی در تکنیک صف بندی، تغییر اصلی این ورژن نسبت به ورژن قبلی سرعت انتقال اطلاعات می باشد که معادل ۶ Gb/s و پهنای باند نیز ۶۰۰ MB/s است.

SAS چیست؟

کلمه SAS مخفف عبارت Serial Attached SCSI بوده و یک رابط ارتباطی برای دستگاه‌های ذخیره‌سازی داده است که بر پایه فرمت SCSI (Small Computer System Interface) ساخته شده است.

سرعت بالاتر و قابلیت انعطاف پذیری بالا در این تکنولوژی سبب شده است تا هارد درایوهایی که از تکنولوژی SAS استفاده می کنند، انتخاب اول سازمانها گردند. قابلیت اطمینان زیاد،یکی دیگر از مهمترین دلایل انتخاب این هارد درایوها هستند. هارد درایوهای SAS معمولا در دو نوع 10K و 15K در بازار یافت می شوند که حرف K به سرعت چرخش دیسک در هارد درایو اشاره دارند. به عنوان مثال 10K یعنی ۱۰.۰۰۰ دور در دقیقه.

پورت SAS

برای اندازه گیری و مقیاس پذیری سرعت هر هارد دیسک، بهترین معیار اندازه گیری واحد IOPS (عدد ورودی ها/خروجی ها در هر ثانیه) می باشد؛ که نرخ انتقال داده را اندازه گیری می کند. یعنی میزان داده ای که در واحد زمان (ثانیه)، می توان از روی آن هارد دیسک خواند، یا بر روی آن هارد دیسک نوشت، را تعیین می نماید. برای یک هارد دیسک HDD SAS 10K این عدد در حدود (IOPS)120بوده، و برای برای یک هارد دیسک HDD SAS 15K در حدود (IOPS)180 می باشد، امّا برای یک درایو HDD SATA این عدد به حدود (IOPS)80 کاهش می یابد و این در حالیست که درایوهای حالت جامد (SSD) می توانند در محدوده بین (IOPS) 4600 ~ 75000 ، بسته به نوع SSD، کار کنند.

در درایوهای HDD SAS متوسط زمان بین شکست (MTBF) به طور کلی حدود ۱.۲ میلیون ساعت است. این عدد به حدود ۷۰۰۰۰۰ ساعت برای درایوهای SATA می رسند و این در حایست که؛ در درایوهای SSD SAS حدود ۲ میلیون ساعت می باشد.

مزایای هارد SAS

سرعت بالاتر:تکنولوژی SAS برای کاربردهای پردازشی و سرور های بزرگ طراحی شده است و باعث افزایش سرعت انتقال داده ها می شود.
قابلیت اتصال چندین دستگاه:تکنولوژی SAS اجازه اتصال چندین درایو به یک کنترلر را می دهد و این باعث افزایش ظرفیت و توانایی های ذخیره سازی داده ها می شود.
قابلیت انتقال داده های موازی:تکنولوژی SAS به ارتباط موازی بین درایوها و کنترلر اجازه می دهد که داده ها با سرعت بیشتری منتقل شوند.
قابلیت اتصال درایوهای SATA: تکنولوژی SAS همچنین اجازه اتصال درایوهای SATA را دارد و باعث افزایش گسترش پذیری سیستم های ذخیره سازی می شود.
قابلیت Hot-Swap:تکنولوژی SAS با امکان Hot-Swap به کاربران اجازه می دهد تا درایوهای سخت را بدون نیاز به خاموش کردن سیستم، جایگزین کنند.
امنیت بالاتر:تکنولوژی SAS از پروتکل های امنیتی مانند درگاه های امن و تحرک سرور (T10) برای ارائه امنیت بیشتر در انتقال داده ها استفاده می کند.

معایب تکنولوژی SAS

هزینه:تکنولوژی SAS نسبت به تکنولوژی SATA هزینه بیشتری دارد. این هزینه برای تهیه کابل‌ها، کنترلرها و درایوها بالاتر است. بنابراین، این تکنولوژی به‌خصوص برای کاربران خانگی و کاربرانی که نیاز به حجم بالای ذخیره‌سازی ندارند، ممکن است اقتصادی نباشد.
پشتیبانی محدودتر:تعداد دستگاه‌هایی که از تکنولوژی SAS پشتیبانی می‌کنند کمتر است. بنابراین، اگر سیستم‌های شما از تکنولوژی SAS پشتیبانی نکنند، امکان استفاده از این تکنولوژی برای شما محدود می‌شود.
قابلیت اتصال محدودتر:در برخی سیستم‌ها، تعداد درایوهایی که می‌توان به آنها متصل کرد محدود است. این ممکن است منجر به محدودیت در امکان اضافه کردن درایوهای بیشتر شود.
مصرف برق بیشتر:در مقایسه با تکنولوژی SATA، تکنولوژی SAS مصرف برق بیشتری دارد. این ممکن است در برخی موارد منجر به افزایش هزینه‌های عملیاتی شود.
تعمیر و نگهداری:به دلیل پیچیدگی بیشتر ساختار و امکانات تکنولوژی SAS، تعمیر و نگهداری آن ممکن است دشوارتر باشد و نیازمند مهارت و تخصص فنی بیشتر باشد.
محدودیت‌های طول کابل:تکنولوژی SAS به طول کابل محدودیت دارد و برای اتصال‌های با فواصل بزرگتر نیاز به استفاده از تکنولوژی‌های تقسیم سیگنال می باشد.

حافظه NVMe چیست؟

حافظه NVMe یا Non-Volatile Memory Express پروتکل جدیدی جهت ذخیره‌ سازی با سرعت بالا است که در مقایسه با پروتکل‌های قدیمی مزایایی دارد. هارد NVMe یکی از بهترین و موثرترین ویژگی‌‌ها برای ارتقاء سیستم ذخیره سازی است. وجود پروتکل NVMe و اتصال PCIe در یک حافظه SSD، سرعت بیشتر در خواندن و نوشتن را به دنبال دارد که چهار برابر سریع‌تر از یک حافظه SSD از نوع SATA با پروتکل SCSI است. ما در این مقاله می‌پردازیم که حافظه NVMe چیست و چه کاربردی دارد.

کسب و کار‌ها با درگیر شدن هر چه بیشتر با داده‌ها و رشد داده‌ها، باید در مورد چگونگی در اختیار گرفتن و ذخیره‌ سازی آنها، دسترسی به داده‌ها و تبدیل آن ها تجدید نظر کنند. NVMe در کسب و کارهایی که با داده‌ها‌یی مانند Fast Data که نیاز به تجزیه و تحلیل آنی و تکنولوژی‌های جدیدی دارند، تاثیر زیادی دارد . در این مقاله به توضیح ماهیت NVMe و تشریح جزئیات فنی و دقیق معماری ذخیره‌ سازی اطلاعات در این تکنولوژی خواهیم پرداخت. NVMe با مهیا کردن فرصت برای انجام عملیات‌های گسترده بر روی داده، دنیای جدیدی از امکانات را به روی ما گشوده است، که دلایل آن را در این مقاله مطرح می‌کنیم .

کاربرد حافظه NVMe چیست؟

حافظه NVMe یک پروتکل ذخیره سازی با عملکرد بالا و دارای ویژگی NUMA یا Non Uniform Memory Access بهینه شده است. همچنین بسیار مقیاس‌پذیر است و هاست را به memory subsystem متصل می‌کند. این پروتکل نسبتاً جدید، دارای امکانات متعددی است که از ابتدا برای حافظه media (Persistent Memory و NAND) که از طریق رابط PCIe مستقیماً به CPU متصل شده اند، طراحی شده است.

مزایای حافظه NVMe چیست؟

هارد NVME سرعت فوق‌العاده بالایی دارد.
استفاده ازهارد NVME باعث می‌شود تاخیر استفاده از حافظه کاهش پیدا کند.
در دستیابی به حافظه، تعداد اعمال ورودی و خروجی در ثانیه بیشتر می‌شود.
مصرف انرژی به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد.
هارد NVME، امکان فرایندهای هم روند و موازی سازی را چند برابر افزایش می‌دهد.
پروتکل NVME از مسیر PCIe استفاده می‌کند.

هارد NVME سیستم caching قدرتمندی دارد که باعث بهینه سازی در زمان دستیابی به دیتابیس‌های بزرگ می‌شود.
سرعت پاسخ‌دهی درهارد NVME بسیار بالاست و کارهای سنگین در دیتابیس و سایت با سرعت مطلوبی انجام می‌گیرد.
امکان رفع وقفه در پردازش‌ها را فراهم می‌کند.

حافظه NVMe مشابه معماری پردازنده‌ها با عملکرد بالا، با استفاده از مسیر‌های موازی با تاخیر کم به media های زیرین می‌رسد. این فناوری در مقایسه با پروتکل‌های قدیمی SAS و SATA عملکرد به مراتب بهتر و تاخیر بسیار کمتری دارد. این امر نه تنها سبب شتاب‌دهی و افزایش سرعت برنامه‌هایی که به عملکرد بالا و سریع نیاز دارند می شود، بلکه توسط برنامه‌های جدید، امکان پردازش آنی را به هنگام لود کاری بالا برای دیتاسنتر و Edge ایجاد می‌کند.

پروتکل‌های مرسوم برای در دسترس قرار دادن داده‌ها در برنامه می‌بایست CPU cycle های زیادی را مصرف کنند. این cycle های پردازشی هدر رفته، برای کسب و کارها هزینه بر است. بودجه زیرساخت‌ها زمانی بالا می‌رود، که بازده زیرساخت‌ها در ذخیره سازی و محاسبات به حداکثر برسد. از آنجا که NVMe با زیر ساخت‌های کوچک هم می‌تواند برنامه‌ها با حجم کاری بالا را مدیریت و کنترل کند، سازمان‌ها می‌توانند هزینه کلی را کاهش داده و رشد کسب و کار خود را سرعت بخشند.

معماری حافظه NVMe به چه صورت است؟

بیایید نگاهی عمیق‌تر به معماری حافظه NVMe و چگونگی دستیابی آن به عملکرد بالا و تاخیر کم بیندازیم. NVMe می‌تواند از چندین I/O queues و حداکثر تا ۶۴K پشتیبانی کند و هر یک از این queue ‌ ها نیز می‌تواند تا ۶۴K ورودی داشته باشد. رابط‌های قدیمی SAS و SATA فقط می‌توانند از یک queue پشتیبانی کنند و هر کدام از این queue ها نیز به ترتیب می‌توانند ۲۵۴ و ۳۲ ورودی داشته باشند. هاست NVMe می‌تواند بسته به تنظیمات سیستم و لود کاری مورد انتظار، تا حداکثر مقداری که کنترلر NVMe اجازه می‌دهد، queue ایجاد کند. NVMe همچنین از I/O نوع scatter/gather پشتیبانی می‌کند، که بار انتقال داده بر روی CPU را به حداقل می‌رساند و حتی امکان تغییر اولویت‌ها را بر اساس میزان لود کاری فراهم می‌کند.

تصویر زیر نمایش بسیار ساده ای از ارتباط بین هاست و کنترلر NVMe است. این معماری به برنامه‌ها اجازه می‌دهد تا چندین درخواست I/O را به‌طور همزمان شروع، اجرا و به پایان برسانند و از underlying media برای به حداکثر رساندن سرعت و به حداقل رساندن تاخیرها استفاده کنند.

NVMe چگونه کار می کنند؟

روش کار بدین صورت است که هاست دستورات I/O Command Queues را نوشته و doorbell آنها را ثبت می‌کند (I/O Commands Ready Signa). سپس کنترلر NVMe دستورات I/O Command Queues را دریافت کرده و پس از اجرا، آنها را به همراه یک دستور وقفه یا interrupt به I/O Completion Queue ارسال می‌کند. هاست دستور I/O Completion Queues را ثبت می‌کند و سپس door register را پاک می‌کند (I/O Commands Completion Signal). همانطور که در تصویر فوق نیز مشاهده می‌کنید، این فرایند انتقال در مقایسه با پروتکل‌های SAS و SATA با فشار سربار پایین‌تری انجام می‌شود.

چرا کاربرد حافظه NVMe برای کسب و کار شما مهم است؟

سیستم‌های سازمانی عموماً تشنه داده‌ها هستند. افزایش تصاعدی داده‌ها و افزایش تقاضای برنامه‌های جدید، می‌تواند SSD ها را با چالش مواجه کند. حتی SSD های با عملکرد بالا، که به پروتکل‌های ذخیره سازی قدیمی متصل هستند نیز در مواجهه با برخی از چالش‌های جدید Fast Data ممکن است عملکرد ضعیف، تاخیر زیاد و کیفیت پایینی داشته باشند.

ویژگی‌های منحصر به فرد NVMe سعی می‌کند از محدودیت‌ها، چه در برنامه‌های سنتی در مقیاس پایگاه داده گرفته تا معماری جدید Edge computing، جلوگیری کند. تا بتواند پاسخگوی تقاضاهای جدید باشد.

هارد NVMe با non-volatile storage media برای عملکردهای بالا طراحی شده است. NVMe تنها پروتکلی است که برای اکوسیستم داده سازمانی، ابری و Edge که به شدت نیازمند داده هستند، مناسب است.