معرفی تخصصی اس اس دی های سری EVO 870 سامسونگ

چگونگی شکل گرفتن سری 870 سامسونگ

مدل 870 EVO برای اولین بار در ژانویه 2021 و مدل 870 QVO این خانواده هم تقریباً یک سال قبل‌تر یعنی در ژوئن 2020 معرفی شدن. خانواده 870 از دو مدل اصلی تشکیل شده: 870 EVO و 870 QVO. مدل 870 EVO از فناوری TLC استفاده می‌کنه و مدل 870 QVO از فناوری QLC که در ادامه هر دوی این فناوری‌ها رو توضیح میدم. برخلاف اکثر برندهای دیگه، تمامی قطعات داخل این اس‌اس‌دی توسط خود سامسونگ طراحی و تولید میشه و همین موضوع هم این برند رو از اکثر رقبا متمایز کرده.

فناوری TLC یا MLC 3-bit یعنی چی؟

اول از همه باید بدونید که اطلاعات به صورت شارژ الکتریکی داخل سلول‌های اس‌اس‌دی ذخیره میشن (اس‌اس‌دی ساخته شده از تعداد بسیار زیادی سلول که الکتریسیته رو در خودشون نگه میدارن؛ به صورت خیلی ساده بخوام بگم فکر کنید هر سلول مثل یک باتری کوچیکه).

عبارت TLC مخفف Triple-Level Cell هست؛ یعنی هر سلول حافظه میتونه 3 بیت دیتا رو در خودش نگه داره. حالا چون دیتا به صورت باینری (صفر و یک) ذخیره میشه، هر سلول باید بتونه 8 سطح ولتاژ مختلف رو تشخیص بده (2^3 = 8). این که میگم 8 ولتاژ مختلف، منظور این نیست که 8 تا ولتاژ رو هم‌زمان نگه میداره (این غیرممکنه چون ما فقط یک سلول داریم)، بلکه منظور اینه که در هر سلول 3 بیت دیتا ذخیره میشه، یعنی یکی از این 8 حالت: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

حالا هر کدوم از این عددها باید با یه ولتاژ خاصی داخل سلول ذخیره بشن؛ مثلاً: 0 ولت میشه 111، 0.5 ولت میشه 110، 1.0 ولت میشه 101 و الی آخر. دلیل اینکه این نوع حافظه‌ها قیمت مناسب‌تری نسبت به MLC (دو بیتی) و یا SLC (تک بیتی) دارن اینه که تراکم بالاتری دارن و هزینه ساخت به ازای هر گیگابایت در اون‌ها کمتره (چون به جای اینکه داخل هر سلول فقط 1 یا 2 بیت داده ذخیره کنید، 3 بیت ذخیره می‌کنید). البته این نوع معماری ذاتاً سرعت نوشتن کمتری نسبت به حافظه‌های MLC و SLC داره؛ بذارید دلیلش رو خیلی ساده توضیح بدم تا برای کسایی که فنی نیستن هم کاملاً قابل درک باشه:

بیاین فرض کنین که یک لیوان آب دارین (همون سلول حافظه).

• اگه معماری ما SLC باشه، ما میتونیم خیلی ساده و سریع لیوان رو کاملاً پر کنیم (0) و یا کاملاً خالی بذاریم (1).

• اگه معماری MLC (دو بیتی) باشه، یعنی داخل سلول میتونیم 2 بیت داده ذخیره کنیم؛ پس ۲ به توان ۲ میشه ۴ حالت: 00 میشه لیوان خالی، 01 میشه ۱/۳ لیوان، 10 میشه ۲/۳ لیوان و 11 هم میشه لیوان پر.

فکر می‌کنم کاملاً متوجه شدین چرا MLC 3-bit (یا همون TLC) از این دوتا کندتره؛ چون ما ۸ خط اندازه‌گیری مختلف برای پر کردن لیوان داریم و تنظیم و اندازه‌گیری دقیق این ولتاژها زمان بیشتری می‌بره.

فناوری TurboWrite و حافظه کش DRAM

با توجه به اینکه توی توضیحات بالا با سرعت بالای فناوری SLC آشنا شدین، توی این بخش میتونیم به بررسی قابلیت Intelligent TurboWrite بپردازیم. TurboWrite قابلیتیه که به اس‌اس‌دی اجازه میده از بخشی از حافظه NAND خودش به عنوان یک بافر فوق سریع از نوع SLC استفاده کنه.

به زبان ساده، توی نسخه 250 گیگابایتی این محصول، در مجموع 3 گیگابایت کش ثابت (Static) و 9 گیگابایت کش متغیر (Dynamic) از نوع SLC وجود داره. حالا این یعنی چی؟ یعنی شما در مجموع 12 گیگابایت حافظه کش SLC در مدل 250 گیگابایت دارین و دقیقاً به همین دلیل هم هست که سرعت نوشتن شما به 530MB/s میرسه (نهایت سرعتی که میشه از پورت SATA انتظار داشت). فناوری TurboWrite میاد و درخواست‌های نوشتن (Write) شما رو اول توی این حافظه SLC با سرعت خیلی بالا مینویسه و بعد در زمان بیکاری سیستم، خودش اون‌ها رو به حافظه‌های اصلی MLC 3-bit انتقال میده.

یک نکته خیلی مهم اینه که برای داشتن کل این 12 گیگابایت حافظه کش SLC در نسخه 250 گیگابایت، باید حداقل 27 گیگابایت فضای خالی روی اس‌اس‌دی داشته باشین. شاید براتون سوال بشه چرا؟ بالاتر گفتم 3 گیگ به صورت ثابته، یعنی این 3 گیگ از اول به عنوان SLC خارج از فضای کاربر در نظر گرفته شده؛ ولی اون 9 گیگ کش متغیر در واقع همون سلول‌های MLC 3-bit فضای اصلی درایو هستن که کنترلر موقتاً اون‌ها رو به حالت تک‌بیتی (SLC) تغییر میده. از اونجایی که هر سلول به جای 3 بیت، فقط 1 بیت ذخیره می‌کنه، برای ساختن 9 گیگابایت فضای SLC، کنترلر باید موقتاً (27 = 3 * 9) گیگابایت از فضای خالی اس‌اس‌دی شما رو قرض بگیره. در نتیجه، برای فعال شدن حداکثر ظرفیت TurboWrite روی نسخه 250 گیگی، باید حداقل 27 گیگابایت فضای خالی داشته باشید.

توی جدول بالا لیست مدل‌ها و اندازه کش SLC اون‌ها رو براتون لیست کردم. حالا نوبت میرسه به حافظه کش اختصاصی DRAM که روی برد اس‌اس‌دی به صورت یک چیپ جداگانه لحیم‌کاری شده؛ این چیپ هم توسط خود سامسونگ ساخته شده است.

عکس DRAM سامسونگ

برخلاف چیزی که اکثر مردم فکر می‌کنن، این حافظه رم برای ذخیره کردن فایل‌های در حال کپی شدن کار گذاشته نشده؛ بلکه وظیفه این حافظه DRAM، نگهداری جدولی به اسم L2P (Logical to Physical) است. کار این جدول اینه که آدرس‌های منطقی (که سیستم‌عامل شما اون‌ها رو میفهمه) رو به آدرس‌های فیزیکی واقعی روی تراشه (که کنترلر اون‌ها رو میفهمه) وصل کنه.

مشکل دیگه‌ای که این حافظه حل می‌کنه اینه که در حافظه‌های NAND نمیشه اطلاعات جدید رو مستقیماً روی اطلاعات قبلی بازنویسی کرد؛ یعنی حتی اگه شما یک فایل متنی 1KiB رو ویرایش کنید، کل صفحه‌ای که این فایل درش ذخیره شده باید توی یک بلاک جدید نوشته بشه و جای قبلی باطله اعلام بشه. بنابراین آدرس فیزیکی فایل‌ها مدام در حال تغییره و نیازه که همه این آدرس‌ها با سرعت بسیار بالا و تأخیر نزدیک به صفر داخل DRAM آپدیت بشن. پس کار اصلی DRAM نگهداری نقشه آدرس‌ها (جدول L2P) است و همین ویژگی باعث میشه سرعت سیستم در کارهای روزمره و سنگین هرگز افت نکنه.

کنترلر اختصاصی سامسونگ (MKX)

برخلاف اکثر برندهای متفرقه که چیپ‌های NAND رو از یک شرکت می‌خرن، کنترلر رو از یک شرکت دیگه و چیپ DRAM رو هم از جای دیگه تهیه می‌کنن و خودشون فقط کار اسمبل رو انجام میدن، سامسونگ تمامی این چیپ‌ها رو خودش در کارخانه‌های خودش تولید می‌کنه.

این هم عکس کنترلر Samsung MKX که سامسونگ برای این سری از اس‌اس‌دی‌های خودش استفاده می‌کنه. شاید فکر کنین که این چیپ اهمیت زیادی نداره، اما باید بگم که صد درصد اشتباه می‌کنین! تمامی کارهایی که بالا براتون توضیح دادم—از جمله مدیریت فناوری TurboWrite، انتقال داده از کش SLC به MLC 3-bit، مدیریت جدول DRAM و رمزنگاری اطلاعات—همگی بر عهده این چیپ هوشمنده که توی تصویر می‌بینید.

این کنترلر یک پردازنده 32 بیتی بر پایه معماری ARM هست. در واقع، دلیل اصلی اینکه اس‌اس‌دی‌های تقلبی و فیک موجود در بازار عملکرد ضعیف‌تری نسبت به نسخه اصلی سامسونگ دارن، نبودِ همین کنترلر اختصاصی MKX و تراشه DRAM روی برد اون‌هاست.

اگه کش SLC پر بشه چی میشه؟

براتون سوال نشده که اگه اون 12GB کش SLC که توی نسخه 250 گیگ وجود داشت (که بخش متغیرش به لطف اون 27GB فضای خالی فعال شده بود) پر بشه، چه اتفاقی میفته؟ خب باید بگم این اتفاق توی کارهای روزمره خیلی نادره، مگه اینکه شما یه فایل سنگین (مثلاً 13GB یا بیشتر) رو به صورت یک‌جا از روی یک اس‌اس‌دی پرسرعت دیگه روی این اس‌اس‌دی کپی کنین.

مثلاً فرض کنین یه فیلم 4K با حجم 20GB رو از یک اس‌اس‌دی پرسرعت دیگه روی این اس‌اس‌دی کپی می‌کنین. توی ورژن 250GB گفتم که کل کش SLC شما 12GB هست؛ پس شما متوجه این میشین که 12GB اولِ فایل با سرعت 530MB/s کپی میشه و 8GB باقی‌مونده با سرعت 300MB/s نوشته میشه. دلیلش هم اینه که بعد از پر شدن کش SLC، دیتا باید مستقیماً روی سلول‌های 3-bit MLC (همون TLC) نوشته بشه. این موضوع دقیقاً توی مدل 500GB هم وجود داره و تنها فرقش اینه که توی مدل 500GB شما 22GB کش SLC دارین. البته اینم بگم که توی مدل‌های ظرفیت بالاتر (1TB و بیشتر)، سرعت نوشتن حتی بعد از پر شدن کامل کش SLC هم روی همون 530MB/s باقی می‌مونه!

حالا چرا این افت سرعت فقط در مدل‌های 250GB و 500GB اتفاق میفته؟ بیاین با یک مثال ساده براتون توضیح بدم: کابل SATA رو مثل یک لوله آب در نظر بگیرین که میتونه با سرعت 530MB/s آب رو وارد یک تانک آب بکنه. خود تانک آب رو همون حافظه کش SLC در نظر بگیرین، و هر تراشه داخلی (Die) رو هم یک لوله خروجی در کف تانک فرض کنین که هر کدومشون حداکثر می‌تونن با سرعت 75MB/s آب رو از خودشون عبور بدن.

حالا اگه تانک آب ما (کش SLC) پر بشه، ما مجبوریم آب ورودی رو مستقیماً از خروجی‌های کف تانک رد کنیم؛ ولی توی مدل 250GB ما فقط 4 تا خروجی (Die) داریم که هر کدوم هم بیشتر از 75MB/s ظرفیت ندارن (یعنی مجموعاً 4 × 75 = 300MB/s). از اون طرف، لوله اصلی SATA داره با سرعت 530MB/s آب رو وارد می‌کنه! اینجا چه اتفاقی میفته؟ ما مجبور میشیم شیر لوله ورودی رو ببندیم و سرعتش رو به 300MB/s کم کنیم تا تانک سرریز نکنه؛ و این دقیقاً همون اتفاقیه که داخل اس‌اس‌دی میفته.

مدل 250 گیگی این اس‌اس‌دی از 4 تا Die (تراشه سیلیکونی) با ظرفیت 512Gb تشکیل شده. (توجه کنین که Gb با GB یکی نیست؛ اولی گیگابیته و دومی گیگابایت، و هر 512Gb معادل 64GB است). از اونجایی که سرعت نوشتن هر تراشه در حالت TLC حدود 75MB/s هست، این محدودیت 300MB/s کاملاً مربوط به ساختار سخت‌افزاری این ظرفیته.

در مدل 500GB هم داستان دقیقاً همینه. شاید بگین خب مدل 500GB باید 8 تا تراشه 64GB داشته باشه؛ هرچند سامسونگ به صورت رسمی اعلام نمی‌کنه در هر سری ساخت دقیقاً از چه تراشه‌ای استفاده کرده، ولی طبق بررسی‌های فنی که به دست آوردم، ورژن 500GB این محصول یا از 4 تراشه 128GB استفاده می‌کنه (که باز هم میشه 4 تا خروجی 75 مگابایتی)، و یا از 8 تراشه 64GB. حتی در صورتی که دارای 8 تراشه باشه، چون همگی داخل یک پکیج (چیپ واحد روی برد) قرار گرفتن و فقط به 4 کانال از 8 کانالِ کنترلر وصل هستن، در زمان پر شدن کش، 4 تا از تراشه‌ها مشغول خالی کردن و فشرده‌سازی حافظه SLC قبلی (عملیات Folding) میشن و 4 تای دیگه دیتای جدید رو ذخیره می‌کنن؛ که این کار باز هم سرعت خالص نوشتن رو روی همون 300MB/s نگه میداره.

اما توی مدل‌های 1TB به بالا، چون تعداد این تراشه‌های داخلی (خروجی‌های تانک آب) به 8 الی 16 عدد (و بیشتر) میرسه و تمام کانال‌های کنترلر فعال میشن، مجموع سرعت خروجی‌ها از مرز 600 تا 1200 مگابایت بر ثانیه هم رد میشه؛ یعنی خروجی‌های تانک حتی از لوله ورودی SATA (530MB/s) هم گشادتر و سریع‌تر میشن! به همین دلیله که توی مدل 1 ترابایت به بالا، حتی اگه تانک (کش SLC) کاملاً پر بشه هم سرعت هیچ‌وقت افت نمی‌کنه و روی 530MB/s ثابت می‌مونه.

جمع‌بندی نهایی: آیا Samsung 870 EVO ارزش خرید داره؟

اگه بخوایم تمام نکات فنی که تا اینجا بررسی کردیم رو توی چند خط خلاصه کنیم، اس‌اس‌دی Samsung 870 EVO بدون شک یکی از کامل‌ترین و مهندسی‌شده‌ترین درایوهای SATA III موجود در بازاره. در حالی که اکثر اس‌اس‌دی‌های اقتصادی بازار برای کاهش قیمت، چیپ حیاتی DRAM رو از روی برد حذف کردن و از کنترلرهای متفرقه و ارزان‌قیمت استفاده می‌کنن (که باعث میشه موقع کارهای سنگین یا پر شدن درایو، سرعت سیستم به شدت افت کنه و حتی از هارد مکانیکی هم کندتر بشه)، سامسونگ توی این مدل سنگ تموم گذاشته:

• تولید صددرصدی توسط خود سامسونگ: از تراشه‌های ۱۲۸ لایه V-NAND 3-bit MLC گرفته تا چیپ رم LPDDR4 DRAM و کنترلر قدرتمند MKX، همگی ساخت خود سامسونگ هستن و بالاترین هماهنگی و پایداری رو دارن.

• سرعت پایدار و واقعی: به لطف ترکیب هوشمندانه کش TurboWrite (SLC) و حافظه DRAM مجزا، توی استفاده‌های روزمره، بوت شدن ویندوز، اجرای نرم‌افزارهای سنگین و بازی‌ها، همیشه نهایت سرعت استاندارد درگاه SATA (یعنی 560MB/s خواندن و 530MB/s نوشتن) رو تجربه می‌کنین و حتی در صورت کپی کردن فایل‌های بسیار حجیم و پر شدن کش در نسخه‌های 250GB و 500GB، سرعت از 300MB/s پایین‌تر نمیاد.

• طول عمر و دوام بالا (TBW): استفاده از معماری عمودی V-NAND باعث شده نسخه 250 گیگابایت تا 150 ترابایت نوشتن اطلاعات (150 TBW) عمر مفید تضمین‌شده داشته باشه (که با دو برابر شدن ظرفیت در هر مدل، این عدد هم دقیقاً دو برابر میشه و در نسخه 1 ترابایت به 600 ترابایت میرسه).

این اس‌اس‌دی برای چه کسانی بهترین انتخابه؟

1. سیستم‌هایی که اسلات M.2 NVMe ندارن (یا اسلات‌های M.2 مادربردشون پر شده) و دنبال یک حافظه پرسرعت، خنک و فوق‌العاده مطمئن روی درگاه SATA می‌گردن.
2. کسانی که پایداری سرعت، امنیت اطلاعات و طول عمر قطعه براشون اولویت داره و نمی‌خوان ریسک خرید اس‌اس‌دی‌های بدون DRAM یا برندهای متفرقه رو به جون بخرن.