کشف راهکار جدید برای افزایش سه‌برابری سرعت حافظه‌های SSD

پژوهشگران کره جنوبی با توسعه فناوری نرم‌افزاری GAZE موفق شدند یکی از محدودیت‌های سیستم‌عامل را برطرف کنند و عملکرد حافظه‌های SSD را تا سه برابر افزایش دهند.

تک‌ناکمحققان مؤسسه پیشرفته علم و فناوری کره جنوبی (KAIST) فناوری جدیدی توسعه داده‌اند که بدون نیاز به تغییر سخت‌افزار، عملکرد حافظه‌های ذخیره‌سازی پرسرعت را بهبود می‌بخشد. این فناوری که GAZE نام دارد، یکی از گلوگاه‌های سیستم‌عامل در مدیریت داده‌ها را برطرف می‌کند و می‌تواند بهره‌وری مراکز داده و زیرساخت‌های هوش مصنوعی را افزایش دهد.

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور یوجیپ وون (Youjip Won) دریافتند که بخشی از محدودیت سرعت حافظه‌های SSD به عملکرد سیستم‌عامل مربوط می‌شود. این محدودیت باعث می‌شود حافظه‌های پرسرعت نتوانند از تمام ظرفیت سخت‌افزاری خود استفاده کنند.

پژوهشگران نتایج این تحقیق را در کنفرانس بین‌المللی ACM SOSP 2026 در پراگ ارائه کردند. آن‌ها برای رفع مشکل، سیستم فایل جدیدی طراحی کردند که فرایند مدیریت و پاک‌سازی داده‌ها را با کارایی بیشتری انجام می‌دهد.

چرا سیستم‌عامل سرعت حافظه‌های SSD را کاهش می‌دهد؟

حافظه‌های فلش برخلاف برخی فناوری‌های ذخیره‌سازی، نمی‌توانند اطلاعات جدید را مستقیماً روی داده‌های قدیمی بازنویسی کنند. این حافظه‌ها برای استفاده مجدد از فضای اشغال‌شده، ابتدا باید اطلاعات معتبر را به محل دیگری انتقال دهند و سپس داده‌های باقی‌مانده را پاک کنند.

این عملیات که «جمع‌آوری زباله» (Garbage Collection) نام دارد، یکی از فرایندهای ضروری مدیریت حافظه‌های SSD محسوب می‌شود. بااین‌حال، اجرای آن می‌تواند باعث تأخیر در ثبت اطلاعات جدید و کاهش سرعت ذخیره‌سازی شود.

پژوهشگران KAIST در بررسی‌های خود روی فناوری ZNS یا Zoned Namespace تمرکز کردند. این فناوری فضای ذخیره‌سازی را به ناحیه‌های بزرگی تقسیم می‌کند که ظرفیت هرکدام ممکن است به چندین گیگابایت برسد.

ساختار ZNS مدیریت داخلی حافظه را ساده‌تر می‌کند، اما مسئولیت پاک‌سازی داده‌ها را به سیستم فایل می‌سپارد. مشکل اینجاست که سیستم‌های فایل برای مدیریت بخش‌های بسیار کوچک‌تری طراحی شده‌اند و هنگام پاک‌سازی ناحیه‌های بزرگ با افت عملکرد مواجه می‌شوند.

آزمایش‌های محققان نشان داد که پاک‌سازی یک ناحیه یک گیگابایتی حدود ۱٫۷ ثانیه زمان می‌برد. این مدت در مقایسه با پاک‌سازی یک بخش دو مگابایتی، ۲۸۳ برابر طولانی‌تر است.

در این فاصله، عملیات نوشتن اطلاعات جدید باید منتظر پایان پاک‌سازی بماند. بررسی‌ها همچنین نشان داد که بیش از ۷۰ درصد تأخیر ایجادشده به فعالیت پردازنده مربوط می‌شود، نه محدودیت سرعت حافظه SSD.

پردازش‌هایی مانند تشخیص داده‌های معتبر و مدیریت حافظه، بخش عمده این زمان را مصرف می‌کنند. بنابراین، افزایش سرعت سخت‌افزار به‌تنهایی نمی‌تواند مشکل را برطرف کند.

بیشتر بخوانیدباگ جدید درایورهای AMD باعث آسیب به SSD می‌ شود

فناوری GAZE چگونه عملکرد حافظه‌های SSD را سه برابر می‌کند؟

پژوهشگران برای برطرف کردن این محدودیت، فناوری نرم‌افزاری GAZE را توسعه دادند. این فناوری عملیات پاک‌سازی داده‌ها را به چهار مرحله هم‌پوشان تقسیم می‌کند تا بخش‌های مختلف فرایند بتوانند به‌صورت هم‌زمان اجرا شوند.

برای مثال، سیستم هنگام نوشتن یک مجموعه از اطلاعات، خواندن مجموعه بعدی را آغاز می‌کند. این روش زمان انتظار میان عملیات مختلف را کاهش می‌دهد و از ظرفیت پردازشی سیستم استفاده بهتری می‌کند.

GAZE همچنین حافظه موردنیاز برای پاک‌سازی را از قبل رزرو می‌کند. در نتیجه، سیستم‌عامل دیگر مجبور نیست در طول اجرای عملیات، حافظه را به‌صورت مرحله‌ای و با درخواست‌های مکرر اختصاص دهد.

این فناوری امکان ادامه برخی عملیات نوشتن را نیز فراهم می‌کند. داده‌هایی که می‌توانند برای مدت کوتاهی در حافظه اصلی باقی بمانند، دیگر نیازی ندارند تا پایان فرایند پاک‌سازی منتظر بمانند.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد که GAZE در مقایسه با پیکربندی استاندارد و راهکارهای قبلی مانند ZNS+ و P-GC، عملکرد را تا سه برابر افزایش می‌دهد. همچنین مدت‌زمان پاک‌سازی داده‌ها با استفاده از این فناوری به حدود یک‌سوم کاهش پیدا می‌کند.

بیشتر بخوانیدسن‌دیسک از دو SSD قابل حمل جدید با سرعت ۲۰۰۰ مگابایت‌برثانیه رونمایی کرد

نکته مهم این است که GAZE برای دستیابی به این نتایج به سخت‌افزار اختصاصی یا تغییر ساختار ذخیره‌سازی اطلاعات روی حافظه نیاز ندارد.

پروفسور وون اعلام کرد که اهمیت این پژوهش در حذف کامل گلوگاه سیستم‌عامل است که تاکنون مانع استفاده کامل از ظرفیت حافظه‌های فلش پرسرعت می‌شد.

این فناوری به‌ویژه برای مراکز داده و پردازش‌های استنتاج هوش مصنوعی اهمیت دارد. در چنین پردازش‌هایی، تأخیر در دریافت داده‌ها می‌تواند پردازنده‌ها را بیکار نگه دارد و بهره‌وری سیستم را کاهش دهد.

در صورت به‌کارگیری GAZE در مراکز داده، شرکت‌ها می‌توانند بدون تعویض حافظه‌های SSD موجود، عملکرد بهتری از زیرساخت‌های ذخیره‌سازی خود دریافت کنند.

بیشتر بخوانیدکمپین جهانی سامسونگ برای هشدار درباره خطرات خرید SSD ارزان

نوشتهکشف راهکار جدید برای افزایش سه‌برابری سرعت حافظه‌های SSDاولین بار درTechnoc. پدیدار شد.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.