ذخیره سازی غیر فرّار

 

 

 

ذخیره سازی غیر فرّار (  NVS ) ، مجموعه گسترده ای از فناوری ها و دستگاه هایی است که برای نگهداری داده ها یا کد برنامه ، بر اساس نیاز به حفظ آنها در کوتاه مدت یا بلند مدت ؛  به منبع تغذیه دائمی نیازی ندارند.

فن‌آوری‌ها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی غیر فرّار ، از نظر نحوه و سرعت انتقال و بازیابی داده‌ها، چه در ارتباط با یک برنامه کاربردی، ریزپردازنده یا سایر انواع دستگاه ؛ بسیار متفاوت هستند. آنها همچنین می توانند از نظر هزینه، ظرفیت، استقامت و تاخیر نیز بسیار متفاوت باشند.

 

• ذخیره سازی غیر فرّار اغلب بر اساس دو نوع سیستم زیر طبقه بندی می شود:

 

1. سیستم های آدرس دهی الکتریکی   Electrically addressed systems . این سیستم های NVM از مکانیسم های الکتریکی برای برنامه ریزی (نوشتن) و خواندن داده ها استفاده می کنند. سیستم های آدرس دهی الکتریکی شامل حافظه فلش، حافظه فقط خواندنی (ROM) و تغییرات  ROM  می باشد.

 

2. سیستم های آدرس دهی مکانیکی  Mechanically addressed systems . این سیستم های   NVM  از یک هد برای نوشتن و خواندن داده ها در رسانه های ذخیره سازی مغناطیسی استفاده می کنند. سیستم های آدرس دهی مکانیکی شامل درایوهای دیسک سخت (HDD) و درایوهای نوار هستند.

 

اکثر درایوهای حالت جامد   (SSD)  امروزی مجهز به تراشه های حافظه فلش NAND  هستند.  یک SSD یک سیستم آدرس دهی الکتریکی در نظر گرفته می شود زیرا از مکانیسم های الکتریکی برای نوشتن و خواندن داده ها استفاده می کند. در نتیجه،  SSD  می‌تواند سرعت‌های بالاتر و تأخیر کمتری نسبت به یک سیستم آدرس‌دهی مکانیکی مانند هارد دیسک ارائه دهد.  با این حال، قیمت هر بایت برای ذخیره داده ها در یک SSD مبتنی بر فلش معمولاً بیشتر از هزینه هر بایت یک هارد دیسک یا نوار درایو است. علاوه بر این، SSD های فلش می توانند تنها تعداد محدودی از چرخه های نوشتن را قبل از فرسودگی حفظ کنند.

 

نمونه های ذخیره سازی غیر فرّار چیست؟

 

• سه نمونه رایج از دستگاه‌های NVS که دائماً داده‌ها را ذخیره می‌کنند، عبارتند از :درایوهای نوار ،  HDD  و SSD .

 

اصطلاح ذخیره سازی غیر فرار ،همچنین به تراشه های نیمه هادی که داده ها یا کد برنامه کنترل کننده را در دستگاه هایی مانند SSD، HDD، درایو نوار و ماژول های حافظه ذخیره می کنند، اطلاق می شود.

 

امروزه بسیاری از انواع تراشه های حافظه غیر فرار استفاده می شوند. به عنوان مثال، SSD ها در سیستم های کامپیوتری سازمانی و شخصی معمولاً از تراشه های حافظه فلش NAND برای ذخیره داده ها استفاده می کنند. این تراشه ها همچنین در حافظه های USB و کارت های حافظه در دستگاه های مصرف کننده مانند تلفن های همراه و دوربین های دیجیتال استفاده می شوند. تراشه های حافظه فلش NOR   معمولاً کدهای کنترلر را در درایوهای ذخیره سازی و دستگاه های الکترونیکی شخصی ذخیره می کنند.

 

دستگاه‌های ذخیره‌سازی فرّار در مقابل دستگاه‌های ذخیره‌سازی غیرفرّار

 

تفاوت اصلی بین دستگاه های ذخیره سازی فرّار و غیر فرّار این است که آیا آنها می توانند داده ها را در غیاب منبع تغذیه حفظ کنند یا خیر. هنگامی که برق قطع یا خاموش می شود، دستگاه های ذخیره سازی فرّار ،داده ها را از دست می دهند. در مقابل، دستگاه های غیر فرّار می توانند داده ها را بدون توجه به وضعیت منبع تغذیه حفظ کنند.

انواع متداول ذخیره سازی فرّار شامل حافظه دسترسی تصادفی استاتیک (SRAM) و حافظه دسترسی تصادفی پویا (DRAM) است. سازندگان ممکن است انرژی باتری را به یک دستگاه حافظه فرّار اضافه کنند تا بتواند به طور مداوم داده ها یا کدهای کنترل کننده را ذخیره کند، اما اگر باتری از کار بیفتد یا حذف شود، داده ها همچنان از بین می روند.

سیستم های محاسباتی سازمانی و مصرف کننده اغلب از ترکیبی از فناوری های حافظه فرّار و غیر فرّار استفاده می کنند و هر نوع حافظه دارای مزایا و معایبی است. به عنوان مثال، SRAM سریعتر از DRAM است و برای ذخیره سازی با سرعت بالا مناسب است، اما ساخت آن گران است. تولید DRAM هزینه کمتری دارد و به انرژی کمتری نسبت به SRAM نیاز دارد، و سازندگان اغلب از آن برای ذخیره کدهای برنامه ای استفاده می کنند که کامپیوتر برای کارکرد موثر نیاز به دسترسی فوری به آن دارد.

در مقابل، ذخیره سازی غیر فرّار مانند HDD و SSD کندتر از SRAM و DRAM است اما تولید آن ارزان تر است. سازندگان معمولاً از حافظه فلش NAND برای ذخیره دائمی داده ها در سیستم های تجاری و دستگاه های مصرف کننده استفاده می کنند. دستگاه های ذخیره سازی مانند SSD های مبتنی بر فلش به داده ها در سطح بلوک دسترسی دارند، در حالی که SRAM و DRAM از دسترسی تصادفی داده ها در سطح بایت پشتیبانی می کنند.

مانند NAND، فلش NOR نیز هزینه کمتری نسبت به SRAM و DRAM فرار دارد. فلش NOR بیشتر از فلش NAND هزینه دارد، اما می تواند داده ها را سریعتر از NAND بخواند، و این باعث می شود که برای بوت کردن دستگاه های مصرف کننده و جاسازی شده و برای ذخیره کدهای کنترلر در SSD، HDD و درایوهای نوار، گزینه ای رایج باشد. فلش NOR به دلیل استقامت ضعیف به طور کلی برای ذخیره سازی طولانی مدت داده ها استفاده نمی شود.

 

روندها و جهت گیری های آینده

 

سازندگان در حال کار بر روی انواع اضافی ذخیره سازی غیر فرّار هستند تا سعی کنند هزینه هر بیت ذخیره داده ها و کد برنامه را کاهش دهند، عملکرد را بهبود بخشند، سطوح استقامت را افزایش دهند و مصرف انرژی را کاهش دهند.

به عنوان مثال، سازندگان فناوری فلش NAND سه بعدی را در پاسخ به محدودیت‌های مقیاس فیزیکی فلش دو بعدی یا مسطح NAND توسعه دادند.  اساسا NAND  سه بعدی می‌تواند تراکم‌های بالاتر را با هزینه کمتر در هر بیت با روی هم قرار دادن سلول‌های حافظه به‌جای استفاده از یک لایه سلولی به صورت Vertically Stacking Memory  ارائه دهد.

 

 

( همچنین برای درک هر چه بهتر مفهوم فوق ، مطالعه  Virtual Memory     توصیه میگردد. )

 

 

در مقابل، ذخیره سازی غیر فرّار مانند HDD و SSD کندتر از SRAM و DRAM است اما تولید آن ارزان تر است. سازندگان معمولاً از حافظه فلش NAND برای ذخیره دائمی داده ها در سیستم های تجاری و دستگاه های مصرف کننده استفاده می کنند. دستگاه های ذخیره سازی مانند SSD های مبتنی بر فلش به داده ها در سطح بلوک دسترسی دارند، در حالی که SRAM و DRAM از دسترسی تصادفی داده ها در سطح بایت پشتیبانی می کنند.

 

مانند  NAND ، فلش NOR نیز هزینه کمتری نسبت به SRAM و DRAM فرار دارد. فلش NOR بیشتر از فلش NAND هزینه دارد، اما می تواند داده ها را سریعتر از NAND بخواند، و این باعث می شود که برای بوت کردن دستگاه های مصرف کننده و جاسازی شده و برای ذخیره کدهای کنترلر در SSD، HDD و درایوهای نوار، گزینه ای رایج باشد. فلش NOR به دلیل استقامت ضعیف به طور کلی برای ذخیره سازی طولانی مدت داده ها استفاده نمی شود.

 

 

در طول سال‌ها، سازندگان ؛ تعداد بیت‌های هر سلول را در حافظه فلش NAND افزایش داده‌اند :

 

* سلول تک سطحی Single-level cell (SLC ) :

 

هر سلول فقط شامل یک بیت است. این پیکربندی ؛ سریع ترین، بادوام ترین و کمترین احتمال خطا را دارد. همچنین گران ترین است. با این حال، برای بارهای کاری حیاتی، ممکن است ارزش این قیمت را داشته باشد.

 

* سلول چند سطحی  ( MLC)  Multi-level cell  :

 

 هر سلول دقیقاً حاوی دو بیت است، حتی اگر نام چیز دیگری را نشان دهد.  دستگاه های MLC به اندازه ذخیره سازی SLC ؛ سریع، قابل اعتماد یا بادوام نیستند، اما مقرون به صرفه تر هستند و برای بسیاری از انواع بارهای کاری سازمانی مناسب هستند.  دستگاه‌های MLC همان چیزی هستند که لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌های رومیزی استاندارد شروع به ترکیب SSD می‌کنند و هنوز هم به طور گسترده در رایانه‌های تجاری استفاده می‌شوند.

 

* سلول سه سطحی Triple-level cell (TLC )  :

 

هر سلول شامل سه بیت است. فناوری TLC سرعت، قابلیت اطمینان و دوام را حتی بیشتر قربانی می کند، اما همچنین تراکم را افزایش می دهد و هزینه ذخیره سازی هر گیگابایت را کاهش می دهد. دستگاه های TLC اکنون نوع غالب ذخیره سازی SSD هستند که در سیستم های مصرف کننده استفاده می شود. آنها همچنین در بسیاری از سیستم های تجاری و مراکز داده به جای ذخیره سازی   MLC   استفاده می شوند.

 

* سلول چهار سطحی Quad-level cell (QLC ) :

 

هر سلول شامل چهار بیت است. و مجددا ، بیت‌های اضافی ؛ بر سرعت، قابلیت اطمینان و دوام تأثیر می‌گذارند، اما فضای ذخیره‌سازی SSD را نیز مقرون به صرفه‌تر می‌کنند. با این حال، به دلیل مشکلات دوام، دستگاه های QLC اغلب برای بارهای کاری فشرده مانند تجزیه و تحلیل، پخش ویدیو یا تجزیه و تحلیل داده های بزرگ مناسب تر هستند.

 

با افزایش تعداد بیت‌ها در هر سلول،  SSD‌ های مبتنی بر فلش می‌توانند داده‌های بیشتری را در خود نگه دارند و در نتیجه قیمت‌های پایین‌تر، کاهش مصرف انرژی و ردپای کوچک‌تر را به همراه دارند. پیکربندی های چند سلولی نیز به همراه 3D NAND  برای افزایش بیشتر ظرفیت ها استفاده می شود. علاوه بر این، تولیدکنندگان ؛ فعالانه روی فلش سلول پنج سطحی (PLC) کار می‌کنند که پنج بیت در هر سلول فشرده می‌شود، اگرچه هنوز ممکن است چندین سال طول بکشد تا دستگاه‌های PLC وارد بازار شوند.

 

 

همچنین سازندگان  و تولیدکنندگان، روی راه‌حل‌های ذخیره‌سازی کار کرده‌اند که شکاف بین حافظه‌های سنتی سیستم فرّار  و  SSD‌ های مبتنی بر فلش را پر می‌کنند و یک ردیف اضافی در سلسله مراتب ذخیره‌سازی ارائه می‌کنند. قابل توجه ترین تلاش ، پروژه   3D XPoint  بوده است که توسط   Intel Corp   و Micron Technology Inc  توسعه یافته است.

 

اینتل اولین شرکتی بود که محصولات مبتنی بر 3D XPoint را ارائه کرد و آنها را با نام تجاری Optane که شامل مجموعه ای از SSD ها و ماژول های حافظه پایدار برای استفاده در مرکز داده است، عرضه کرد. ماژول های حافظه پایدار به عنوان حافظه کلاس ذخیره سازی نیز شناخته می شوند.

 

 

فناوری اکسپرس حافظه غیر فرّار  (NVMe)  نیز ثابت کرده است که در صنعت ذخیره سازی یک تغییر دهنده بازی است. NVMe اتصال SSD های مبتنی بر فلش را مستقیماً به گذرگاه   (PCIe)  رایانه به جای اتصال از طریق رابط های   (SAS)  یا   (SATA)  امکان پذیر می کند. این فناوری‌های قدیمی‌تر برای HDD‌های کندتر ساخته شده‌اند و نمی‌توانند از قابلیت‌های SSD بهره کامل ببرند. NVMe همچنین می‌تواند همراه با گزینه‌های جدیدتر مانند Optane SSD  استفاده شود و عملکرد را تسریع کند و تأخیر و مصرف انرژی را کاهش دهد.

 

ذخیره ساز NVMe مجموعه دستورات ساده‌تری را برای پردازش درخواست‌های ورودی/خروجی (I/O) با SSD‌ های مبتنی بر PCIe نسبت به مجموعه دستورات   (SCSI)  با درایوهای SAS و یا مجموعه دستورات ATA  با درایوهای SATA ؛ ارائه می‌کند.

 

موفقیت NVMe  ؛ منجر به توسعه NVMe-oF  شد ، مشخصاتی که برای پشتیبانی از استفاده از مجموعه دستورات NVMe هنگام انتقال داده ها بین SSD ها و سایر سیستم ها از طریق شبکه یک  پارچه مانند اترنت، کانال فیبر یا   InfiniBand ؛  ایجاد شد.  طبق گفته شرکت  NVM Express Inc ، تعداد 90درصد از پروتکل NVMe-oF همانند NVMe اصلی است.

 

 

 

فناوری‌های ذخیره‌سازی غیر فرّار  نوظهور در حال توسعه یا در حال استفاده محدود ، شامل :  حافظه تغییر فاز  (PCM)  ، حافظه رم فروالکتریک ( FRAM or FeRAM )   ، حافظه رم مغناطیسی ( MRAM )  ، حافظه رم مقاومتی  ( RRAM or ReRAM)  و حافظه رم مغناطیسی با گشتاور انتقال چرخش (STT-MRAM or STT-RAM)   ؛ می باشند .

 

 

 

منبع :

 

https://www.techtarget.com/searchstorage/definition/nonvolatile-storage

 

گرد آوری ، ترجمه و تنظیم :  ” بهشاد ابرقوئیان  “

 

#تکباکس_آی_آر #تکباکس_آی_آر #ذخیره_ساز #سرور  #پردازنده #رم #حافظه_ایستا #حافظه_پویا #حافظه_ذخیره_سازی  #ذخیره‌ساز_غیر_فرّار

 

#techboxir #techboxiran #server #storage #DRAM #SRAM  #nand #scm #SSD #HDD #NVMe #sas #ata #voip #SSHD #NVS #NOR