Mekanik olarak çalışan sabit diskleri (HDD) yıllarca kullandıktan ve katı hal sürücülerine (SSD) geçiş yaptıktan sonra her kullanıcı büyük bir rahatlama yaşamış olmalı. Hızlı açılış süreleri, yüksek performanslı dosya aktarımı ve kolay taşınabilirlik gibi birçok avantajla birlikte adeta çağ atladık. Peki gelecekte bizleri neler bekliyor? NVMe-oF diye bir şey duydunuz mu?
HDD, SATA SSD ve M.2 NVMe derken depolama teknolojileri özellikle son yıllarda çok hızlı gelişti. PCI Express bağlantı arayüzlerini kullanan NVMe SSD’ler günümüzde 14 GB/sn gibi devasa hızlar sunabiliyor. PCIe 3.0 bile halen birçok kullanıcı için yeterliyken, PCIe 4.0 ve ardından PCIe 5.0 sürücüler piyasaya sürülmeye başladı. Bugünkü makalemizde depolama teknolojilerinin geçmişinden, gelişiminden ve geleceğinden bahsedeceğiz.
SSD Teknolojisi Nasıl Gelişti?
SSD teknolojisi, geleneksel sabit sürücülerin kullanıldığı günlerden bu yana uzun bir yol kat etti. Başlangıçta geleneksel sabit disk sürücülerine (HDD’ler) yüksek performanslı bir alternatif olarak sunulan katı hal sürücüleri (SSD’ler), verileri saklama ve verilere erişme yöntemlerimizde devrim yarattı. İlk SSD’ler, HDD’lerden önemli ölçüde daha hızlı olmalarına rağmen pahalıydı ve sınırlı depolama kapasitesi sunuyorlardı. Ancak tüm teknolojilerde olduğu gibi, yaygınlaştıkça ve gelişimi sürdükçe çok daha erişilebilir hale geldi. Günümüzde SSD olmayan sistemlerin sayısı çok çok azdır. Nispeten yeni diyebileceğimiz bilgisayarda mutlaka en az bir tane SSD vardır.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) gibi yeni teknolojiler, depolama ve işlemci arasında veri aktarımı için daha verimli bir arayüz sağlayarak ve SSD performansını katlayarak büyük atılımlar sağladı. SSD teknolojisi gelişmeye devam ettikçe daha yüksek kapasiteler, daha yüksek hızlar ve veri depolamada mümkün olanın sınırlarını zorlayacak yeni uygulamalar bekleyebiliriz.
Depolama Dünyası Şu Anda Ne Durumda?
Günümüzün SSD teknolojileri geçmiş nesillere göre çok daha iyi ve muazzam seviyede dosya aktarım hızları sunuyor. Yüksek performansın yanı sıra farklı dallarda da gelişimler görüyoruz. Artık hemen hemen her üretici kendi özel yazılımını ve bununla beraber özelliklerini kullanıcılara ulaştırıyor. Hatta Windows kullanıyorsanız SSD’nin sağlığını kontrol etmek için SMART teknolojisini kullanabilir ve sürücünün arızalanması durumunda uyarılar alabilirsiniz.
SSD’lerin mevcut durumu, kanıksadığımız pek çok teknolojiyi kullanmakta. PCIe 5.0 SSD’ler çok büyük dosyaları göz açıp kapayıncaya kadar aktarma potansiyeline sahip. Hızlar 14.000 MB/sn’ye kadar ulaştığı için PCIe 4.0 SSD’ler bile yavaş görünüyor. Halbuki Gen4 sürücüler 7.500 MB/sn gibi okuma ve yazma hızlarıyla birlikte oldukça hızlı, aynı zamanda fazlasıyla yeterli.
Elektronik cihazlar yüksek sıcaklıkları sevmezler, ancak modern teknoloji aşırı ısınma ile ilgili sorunların çoğunu çözmüş. Gelişmiş soğutucular ve soğutma mekanizmaları gibi termal yönetim alanındaki yenilikler, SSD’lerin aşırı ısınmamasını ve optimum performansın korunmasını sağlıyor. Üstelik ekran kartı soğutucusuna benzer büyük soğutma çözümleri bile ortaya çıkmaya başladı.
3D NAND ve V-NAND gibi geliştirmelerden yararlanan modern SSD’ler, depolama yoğunluğu ve dayanıklılık açısından büyük gelişme gösterdi. Bu teknolojiler, bellek hücrelerini dikey olarak istifleyerek sürücülerin fiziksel boyutunu artırmadan daha yüksek kapasiteler ve daha iyi dayanıklılık sağlamakta.
PCIe Gen4 ve yeni çıkan PCIe Gen5 sürücüler, eski SATA tabanlı SSD’lerin hızını katlayan sıralı okuma ve yazma hızlarıyla biliniyor. Bu gelişmeler yalnızca yüksek performanslı oyun ve profesyonel uygulamalar değil, aynı zamanda hızlı ve güvenilir depolamanın kritik olduğu kurumsal ortamlarda da verimliliği artırıyor.
Ayrıca 3D NAND ve V-NAND teknolojilerindeki gelişmeler SSD’leri daha güvenilir ve güç tasarruflu hale getirdi. Sürücünün performansı üzerinde çok az etkisi olacağından SSD’nizi birleştirmenize gerek olmamasının nedeni de bu. Masaüstü ve dizüstü bilgisayarlarımızdaki tüketici sınıfı SSD’lerden şirket içi sunucularda bulunanlara kadar SSD’ler hayatımızın ayrılmaz bir parçası haline geldi.
Gelişmiş paketleme teknolojisinden yararlanan BGA (Ball Grid Array) SSD’ler, alan verimliliği ve dayanıklılık açısından önemli avantajlar sunarak endüstriyel, havacılık ve gömülü uygulamalar için büyük avantajlar getiriyor. Bu sürücüler NVMe ve eMMC arayüzlerini destekleyerek yüksek hızlı veri aktarımı ve düşük gecikme süresi sağlarken, küçük form faktörleri tabletler ve akıllı telefonlar gibi ultra ince cihazlarda modern tasarımların yapılmasına da olanak tanıdı.
Belki farkında değiliz. Ancak şöyle tüm avantajlarına bir bakış attığımızda SSD’lerin nasıl hayatımızın önemli bir parçası haline geldiğini anlayabiliyoruz.
PCIe ve NVMe’ye Geçiş
SATA’nın performans sınırlamalarının üstesinden gelmek için SSD’lerde PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) arayüzü benimsenmeye başladı bildiğiniz gibi. PCIe, NVMe SSD ile ana sistem arasında yüksek hızlı, noktadan noktaya bir bağlantı sağlayarak daha hızlı veri aktarım hızlarının kilidini açtı ve gecikme süresini önemli ölçüde azalttı. PCIe 3.0’ın toplam verimi 16 Gbps iken PCIe 4.0, PCIe 3.0’ın iki katı verime sahip. En fazla 16 şeritle birlikte kağıt üzerinde 32 GB/sn’ye kadar veri aktarılabiliyor.
Yazılımsal Geliştirmeler
Firmware (donanım yazılımı), donanımın yaptığı işi yapmasına yardımcı oluyor ve burada bile bizi hızlı bir veri aktarımı geleceğine hazırlayan gelişmeler var. Örneğin Samsung’un fail-in-place (FIP) teknolojisini ele alalım. Sürücünün gömülü bellek yongaları arızalansa bile verilerinizi güvende tutmak için tasarlandı. Bir SSD’nin içindeki NAND yongalarından birinde ya da daha fazlasında bir sorun olduğunda, FIP teknolojisi tüm diskin ölmesi yerine çalışan depolama yongalarından geriye kalanların çalışmaya devam etmesini sağlıyor. Elbette SSD artık daha az depolama alanına sahip olacak, ancak en azından çalışmaya devam edecek.
Hepsi bu kadar da değil. FIP, verileri hala işlevsel olan kalan NAND yongalarına yerleştirmeden önce verilerde herhangi bir hasar olup olmadığını proaktif olarak tarayabiliyor. Şimdilik sürücülerin uzun ömürlü olmasını sağlayan bu çözüm yalnızca veri merkezlerinde kullanılıyor. Teknoloji gelişmeye devam ettikçe son tüketici ürünlerine de ulaşacaktır. Bu teknoloji ve benzerleri, sektörün geleceği ve SSD’lerde saklanan verilerin güvenliği için iyiye işaret.
Yazılım, yani firmware çok önemlidir. Doğrudan ilişkili donanımın işlevselliğini etkiler, bu nedenle tüm yeni özellikleri edinmek ve cihazınızın reklamı yapıldığı gibi çalıştığından emin olmak için güncel kalmayı öneriyoruz. Bu güncellemeler ayrıca hataları ve aksaklıkları gidermek veya olası güvenlik açıklarını kapatmak için de önemlidir. Samsung Magician, Western Digital Dashboard, Kingston SSD Manager, Crucial Storage Executive, Sandisk SSD Dashboard, Seagate SeaTools ve Adata SSD Toolbox gibi yazılımlarla SSD’lerinizi kontrol edebilir, sunulan nimetlerden faydalanabilirsiniz.
Samsung gibi üreticiler, SSD içindeki verilerin daha verimli bir şekilde depolanmasını sağlamak amacıyla ürün yazılımlarını optimize etmek için sürekli olarak çalışmakta. Ürün yazılımı, mevcut depolama alanının en iyi şekilde kullanılmasına yardımcı olan çöp toplama gibi temel SSD görevlerini düzenleyerek deneyimi iyileştiriyor.
QLC Teknolojisinin Ortaya Çıkışı ve İlerlemesi
SSD alanında bir diğer heyecan verici gelişme de ekonomik fiyatlarla daha fazla kapasiteye yardımcı olan Dört Seviyeli Hücre (QLC) teknolojisi. Bellek hücresi başına üç yerine dört bit depolayarak QLC tabanlı SSD’ler, performans veya dayanıklılık özelliklerinden ödün vermeden modern uygulamaların talep ettiği daha büyük kapasiteleri sunarken rekabetçi fiyatlandırmayı koruyabiliyor.
TLC ile Güvenilir Kurumsal Sınıf Depolama Çözümleri
Triple-Level Cell (TLC) teknolojisi, MLC muadillerine kıyasla öncelikle maliyet verimliliği ile ilgili etkileyici kazanımlar sağlayarak kuruluşların daha düşük maliyetlerle kurumsal sınıf SSD avantajlarından yararlanmasına olanak tanıyor. TLC tabanlı SSD’ler daha çok sunucu merkezli uygulamalara hitap etmekte ve veri odaklı kuruluşların gereksinimlerini diğer çözümlerle ilişkili maliyetin çok altında karşılamakta.
Sırada Ne Var?
SSD teknolojisi, depolama kapasitesini, hızını ve verimliliğini artırmayı amaçlayan yeniliklerin etkisiyle önümüzdeki birkaç yıl içinde önemli değişikliklere uğrayacak. En dikkat çekici trendlerden biri, fiziksel boyutları korurken ya da hatta küçültürken SSD depolama kapasitesindeki sürekli artış diyebiliriz. Yukarıda bahsedilen 3D NAND gibi teknolojiler bu ilerlemenin ön saflarında yer almakta. Üreticiler, bellek hücrelerini dikey olarak istifleyerek aynı fiziksel ayak izine daha fazla veri sığdırabilmekte ve böylece boyutlarını büyütmeden daha büyük kapasitelere sahip SSD’ler üretebilmekte.
Üretim yöntemlerindeki gelişmeler ve artan pazar talebi ile SSD’lerin maliyetinin düşmesi ve yüksek kapasiteli SSD’lerin işletmeler ve bireysel tüketiciler için daha erişilebilir hale gelmesi bekleniyor. Kuruluşlarla birlikte günlük kullanıcılar ve oyuncular da her geçen gün gelişmiş SSD’lere daha kolay erişim sağlıyor.
Gelecekteki SSD’ler, yapay zeka ve uç bilişimin taleplerini karşılayacak şekilde optimize edilecek. Bu teknolojiler hızlı veri işleme ve düşük gecikme süreleri gerektiriyor ve bu uygulamalar için tasarlanan SSD’ler önemli yeniliklerle birlikte gelecek. Sürücüsüz araçlar gibi teknolojilerin çalışmak için bu tür özelliklere sahip depolama cihazlarına ihtiyaç duyduğunu düşündüğümüzde bu durum daha da heyecan verici.
NVMe-over-Fabics (NVMe-oF), veri merkezleri için umut vaat eden ve gelişmekte olan bir başka teknolji. NVMe’nin faydalarını bir ağ boyunca genişleterek uçucu olmayan belleğin yüksek hızlı ağlar üzerinden birden fazla sunucu arasında paylaşılmasına olanak tanıyor. NVMe-oF, veri merkezinin ek yükünü azaltıyor ve özellikle büyük dosyalarla uğraşırken ağ genelinde daha az gecikme olmasını sağlıyor.
NVMe-oF Nedir?
Non-volatile memory express over fabrics olarak da bilinen NVMe over Fabrics, NVMe ağ protokolünü kullanarak ana bilgisayarları bir ağ yapısı üzerinden depolamaya bağlamak için tasarlanmış bir protokol özelliği. NVMe mesaj tabanlı bir komut kullanan bu protokol, bir ana bilgisayar ile bir hedef katı hal depolama cihazı veya sistemi arasında ağ üzerinden veri aktarımını mümkün kılacak. Böylelikle veriler Ethernet, Fiber Kanal (FC) veya InfiniBand kullanılarak aktarılabilecek. Faydalarına gelince:
- Düşük gecikme süresi.
- Artan genel performans.
- Ek paralel istekler.
- Sunucu tarafında işletim sistemi (OS) depolama yığınlarının uzunluğunun azaltılması.
- Depolama dizisi performansında iyileştirmeler.
- Seri Bağlı SCSI (SAS)/Seri Gelişmiş Teknoloji Eki (SATA) sürücülerden NVMe SSD’lere geçiş ile daha hızlı son çözüm.
- Farklı senaryolar için çeşitli uygulama türleri.
Yüksek Katmanlı NAND
Bellek üreticileri her yıl daha fazla katman içeren NAND yongalar üreterek yoluna devam ediyor. Böylelikle kullanılan alanda bir artış olmadan yüksek kapasiteli SSD’ler üretilebiliyor. Samsung, 2024 yılı bitmeden 300 katmanlı bellek üretimine başlayacağını duyurmuştu. Şirketin 300’den fazla katmana sahip 9. Nesil V-NAND çipleri, ilk kez 2020 yılında 7. nesil 176 katmanlı 3D NAND belleklerle birlikte kullanılmaya başlanan çift yığın tekniğine dayanacak. Peki bu süreç nasıl işliyordu? 300 mm’lik yonga plakası üzerinde bir 3D NAND dizisi üretiliyordu ve ardından ilk dizinin üzerine başka bir yığın daha dahil ediliyordu. Şirket görünüşe göre 300 katmana ulaşmak için aynı yöntemi kullanmaya devam edecek. 300 katmanlı 3D NAND ile birlikte depolama yoğunluğu artacak, böylelikle SSD üreticileri yüksek kapasiteli SSD’leri daha düşük maliyetlerle üretebilecek.
Diğer yandan SK Hynix, üçlü yığın yaklaşımı kullanarak 321 katmanlı 3D NAND üretimine 2025 yılında başlama niyetini açıkladı. Samsung’unkinden farklı olan bu yaklaşımla birlikte üç farklı 3D NAND katman seti oluşturulacak. Böylelikle ham madde kullanımı ve kullanılan wafer sayısı da artmış oluyor.
SK Hynix’in en düşük kapasiteli 321 katmanlı NAND çipleri 128 GB veri depolayabiliyor. Bu da demek oluyor ki birkaç yıl içinde premium SSD’ler günümüze kıyasla çok daha yüksek kapasitelere çıkabilecek. SK Hynix ile birlikte çalışan SSD üreticileri, yüksek yoğunluğa sahip bellekleri ve gelişmiş kontrolcüler kullanarak yeni ürünler tasarlayacak.
Sızdırılan bilgilere göre Samsung, 10. Nesil 3D NAND teknolojileriyle 430 katmana kadar çıkmayı planlıyor. Teknoloji devi 430 katmana çıkmak için tıpkı SK Hynix gibi üç yığınlı üretim tekniğinden faydalanacak.
2030’a Kadar 1000 Katmanlı Bellek Planları
Bellek üretiminin lideri Samsung ayrıca katman yoğunluğunda günümüz teknolojisine kıyasla önemli gelişmeler sunacak. Şirket 9. ve 10. nesil V-NAND yongalarını tasarlamakla meşgul. Ancak Samsung’un uzun yıllara dayanan kapsamlı planları var. 2030 yılına uzanan hedefler doğrultusunda 1.000’den fazla katman sunan depolama yongaları planlanıyor.
Yapay Zekanın SSD Teknolojisi Üzerindeki Etkisi
Yapay zeka (AI), katı hal sürücü ürünlerinin gücünü artırmak söz konusu olduğunda bile söz sahibi olacak gibi görünüyor. Yapay zeka destekli depolama çözümleri, iş yükü modellerini analiz eden ve performansı buna göre gerçek zamanlı olarak optimize eden makine öğrenimi algoritmalarından yararlanmaya başlıyor. Tahmine dayalı analitik, uygulama gereksinimlerini zamanından önce doğru bir şekilde tahmin ederek gecikme sorunlarını azaltıyor ve böylece genel verimliliği artırıyor.
Soğutma Çözümleri
SSD’ler NAND’ın sıcaklığının 80 santigrat derecenin üzerinde olduğunu algıladıklarında kritik kapanma eğilimine girerler. Bu nedenle sürücüler için soğutma oldukça önemlidir. M.2 form faktörü söz konusu olduğunda iki soğutma yolu var: iletim (sürücü üzerindeki bakır/altın kontaklar ve onları pozisyonda sabitleyen vida aracılığıyla) ve konveksiyon (ısıyı havaya dağıtma).
Öte yandan yüksek performanslı SSD’leri soğutmak pek kolay değil. Bu nedenle PCB üzerinde büyük ısı dağıtıcılar kullanılıyor ve bazı fana sahip aktif soğutmalı sistemler görmüştük. SSD’lerin gelişimiyle birlikte soğutma çözümleri de sıcaklıkları kontrol altına alabilmek için gelişmeye devam ediyor.
PCIe Gen 3, Gen 4 ve Gen 5 Farkı Ne?
PCIe Gen 3 ve Gen 4’ü destekleyen bilgisayarlar ve sunucular artık donanım dünyasına hakim hale geldi. Yani artık PC’ler ve sunucularda en azından PCIe 3.0 SSD’ler kullanılmaya başladı. PCIe 5.0 hala gelişmekte olduğundan, günümüzde mevcut olan en hızlı bilgisayarlar ve sunucular öncelikle 2017 yılında bir standart haline gelen PCIe 4.0’a destek sunuyor.
PCIe sürümleri arasındaki en büyük fark veri aktarım hızları. PCIe’nin her yeni sürümü bir önceki sürümün hızını ikiye katlamakta. Örneğin PCIe yuvaları bir anakartta beş konfigürasyonda bulunur: x1, x2, x4, x8 ve x16, bunlar mevcut şerit sayısını temsil eder. PCIe 3.0’ın veri aktarım hızı şerit başına 1 GB’. PCIe 4.0 veri aktarım hızını iki katına çıkararak şerit başına 2 GB’a, PCIe 5.0 ise veri aktarım hızını yine iki katına çıkararak şerit başına 4 GB’a çıkarıyor.
Sonuç olarak, dört şerit kullanan bir PCIe 4.0 x4 SSD, PCIe 3.0’ın bant genişliğinin iki katı ve PCIe 5.0’ın bant genişliğinin yarısı olan yaklaşık 8 GB/sn teorik verim sunuyor. Başka bir deyişle, PCIe 3.0 saniyede 8 gigatransfer (GT/sn) ham bit hızı sunabiliyor. PCIe 4.0 bunu ikiye katlayarak 16 GT/sn’ye, PCIe 5.0 ise yine ikiye katlayarak 32 GT/sn’ye çıkarıyor.
| Sürüm | Çıkış Tarihi | Veri Transfer Oranı | PCIe x1 Bant Genişliği |
PCIe x6 Bant Genişliği |
| PCIe 1.0 | 2003 | 2.5 GT/sn | 250 MB/sn | 4.0 GB/sn |
| PCIe 2.0 | 2007 | 5.0 GT/sn | 500 MB/sn | 8.0 GB/sn |
| PCIe 3.0 | 2010 | 8.0 GT/sn | 1 GB/sn | 16 GB/sn |
| PCIe 4.0 | 2017 | 16 GT/sn | 2 GB/sn | 32 GB/sn |
| PCIe 5.0 | 2019 | 32 GT/sn | 4 GB/sn | 64 GB/sn |
| PCIe 6.0 | 2021 | 64 GT/sn | 8 GB/sn | 128 GB/sn |
SATA, M.2 ve NVMe SSD’lerin Farkları
Bağlantı Arayüzü
SSD’ler bilgisayarın diğer parçalarıyla iletişim kurmak amacıyla NVMe veya SATA protokolünü kullanır. SATA arayüzü NVMe’den daha düşüktür çünkü NVMe ile birlikte PCIe bağlantısıyla ulaşabileceğimiz yüksek hızlara erişebiliyoruz.
M.2 ise aslında bir form faktör türlerinden biri. Piyasada hem NVMe M.2 hem de SATA M.2 SSD’leri bulabilirsiniz. Bazen ürün reklamlarında ya da özellik sayfalarında NVMe sürücüyü belirtmek için “M.2 SSD” ve 2.5 inç form faktörlü bir SSD’nin varlığını belirtmek için “SATA SSD” ifadesi kullanılabiliyor. Yani çok daha hızlı olan NVMe sürücüleri özel olarak belirtmiyorlar. Sonuç olarak bu tür ifadelere itibar etmeyin. Bunun yerine bir dizüstü ya da masaüstü bilgisayarda yer alan depolama sürücüsünün yaklaşık hızını anlamak için teknik özelliklere bakın.
Veri Aktarım Hızları ve Performans
NVMe sürücüler her zaman SATA sürücülerden daha hızlıdır. Peki bunun nedeni ne? Aktarım hızları, PCIe konnektörü ve anakart üzerindeki PCIe veri yolu kullanıldığından dolayı çok daha yüksek. Ancak NVMe sürücü ve anakartın desteği de önemli: PCIe 3.0, PCIe 4.0 ve PCIe 5.0 teknolojileri veri aktarımı açısından çok farklı.
Aradaki fark iş yüküne bağlı olarak değişecektir. Ancak dosya aktarımı veya video düzenleme gibi birden fazla büyük dosyayı yönetmemiz gereken iş yüklerinde NVMe çok güçlü şekilde ön plana çıkıyor.
Anakartınız hangi NVMe sürümünü destekliyorsa onu kullanmalısınız. Özellikle de DirectStorage ve NVMe kullanarak ağır üretkenlik işleri yapmak ya da yeni nesil oyunlar oynamak istiyorsanız.
PCI Express
Bir NVMe PCIe 3.0 (Gen 3) SSD için maksimum hız saniyede 3.500 MB’a kadar çıkarken, NVMe PCIe 4.0 (Gen 4) SSD saniyede 7.500 MB’a kadar ulaşabilir. Elbette aldığınız her ürün bahsettiğimiz maksimum hızlara erişecek diye bir kaide yok. Üreticiler genellikle sayfalarında belirli bir modelden beklenebilecek teorik hızları listeler. Örnek olarak, tanıtımında 7.5 GB/sn gibi maksimum hızlardan bahsedilen bir ürün dosya kopyalarken çok daha düşük hızlarda çalışabilir. En iyisi bağımsız kıyaslama sonuçlarını test etmek.
SATA
SATA SSD’ler genellikle saniyede 500-550 MB civarında hızlara kadar ulaşır. Biraz önce de M.2 bölümünde söylediğimiz gibi, performans modeller arasında farklılık gösterebilir. Hatta piyasada bulunan ne idiği belirsiz SSD’lerden birini alırsanız ummadığınız sonuçlarla karşı karşıya kalabilirsiniz.
NVMe sürücülerle kıyasladığımızda çok daha yavaş olsa da, SATA HDD’lerle kıyaslandığında aradaki fark gece ve gündüz gibi. 7.200 RPM sabit disk sürücüsü en fazla saniyede 160 MB gibi seviyelere çıkabiliyor ki bu SSD’ye göre çok düşük.
