SSD và những điều cần biết

Không có các chuyển động cơ học cũng như sử dụng các lá đĩa để lưu trữ dư ổ cứng HDD truyền thống, các ổ cứng thể rắn SSD với việc sử dụng các chịp nhớ flash NAND và sử dụng các giao thức truyền tải dữ liệu dữ các chip nhớ để hoạt động không chỉ mang đến tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn mà còn có độ bền cũng như sự ổn định cao khi hoạt động.

Vậy một ổ cứng SSD sẽ bao gồm những thành phần nào? Đâu là thành phần quan trọng mang đến tốc độ trao đổi dữ liệu cao cũng như khả năng lưu trữ của ổ cứng SSD? Bài viết này sẽ điểm qua những thông tin cơ bản nhất về một ổ cứng SSD mà bạn nên quan tâm khi muốn trang bị cho hệ thống máy tính PC cũng như laptop của mình một ổ cứng SSD phục vụ cho nhu cầu làm việc lẫn giải trí của mình.

SLC, MLC hay TLC?

Bảng so sánh về độ trễ trong quá trình đọc/ghi dữ liệu của các dòng ổ cứng SSD sử dụng chip nhớn NAND SLC, MLC và TLC với ổ cứng HDD truyền thống.

Ổ cứng SSD sử dụng các chip nhớ flash NAND để làm kho lưu trữ, chính vì thế đây sẽ là thành phần quan trọng nhất trên ổ cứng SSD. Và tùy vào những công nghệ sản xuất các chip nhớ flash NAND mà các nhà sản xuất ổ cứng sử dụng mà ổ cứng SSD có mức dung lượng lưu trữ khác nhau cũng như tốc độ trao đổi dữ liệu khác nhau.

Công nghệ sản xuất chip nhớ flash NAND được các nhà sản xuất ổ cứng sử dụng phổ biến nhât trong việc tạo ra những dòng ổ cứng SSD chính là công nghệ MLC. Với công nghệ này, các nhà sản xuất có thể tạo ra những chip nhớ NAND có khả năng lưu trữ những 2bit dữ liệu trên mỗi cell. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc các nhà sản xuất sẽ dễ dàng tăng dung lượng lưu trữ nhưng vẫn không làm tăng kích thước của ổ cứng SSD. Bên cạnh đó, chi phí sản xuất ổ cứng SSD sử dụng các chip nhớ NAND MLC không cao nên các nhà sản xuất có thể cho ra đời những dòng sản phẩm dung lượng lớn với giá thành phải chăng hơn và giúp cho ổ cứng SSD ngày càng trở nên phổ biến hơn.

Trái ngược hẳn, chip nhớ NAND được sản xuất trên công nghệ SLC chỉ có thể lưu trữ 1bit dữ liệu trên mỗi cell điều này giúp cho ổ cứng SSD có độ bền cao, tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh. Tuy nhiên, chi phí sản xuất đắt đỏ và dung lượng lưu trữ không cao nên dòng ổ cứng SSD với các chip nhớ NAND SLC thường có giá rất đắt và chỉ được các nhà sản xuất dành cho những hệ thống cao cấp cũng như những hệ thống máy tính cần đến tốc độ lẫn độ bền của ổ cứng.

Có chi phí sản xuất thấp nhất đi kèm với đó là độ bền không cao, tốc độ trao đổi dữ liệu cũng không nhanh là các chip nhớ NAND được sản xuất trên công nghệ TLC. Với công nghệ này, các chip nhớ NAND có thể lưu trữ được đến 3bit dữ liệu trên mỗi cell điều đó chỉ mang đến lợi điểm là dung lượng lưu trữ của ổ cứng SSD sẽ được nhiều hơn. Tuy nhiên, với sự ổn định không cao và rất dễ bị mất dữ liệu trong quá trình sử dụng, mức tiêu hao điện năng cao cũng như tốc độ trao đổi dữ liệu chậm, dòng ổ cứng SSD với chip nhớ NAND TLC thường chỉ được các nhà sản xuất lựa chọn như một giải pháp giúp giảm giá thành sản phẩm cũng như mang đến những hệ thống máy tính giá rẻ.

Transcend SSD570 là đại diện cho dòng ổ cứng SSD sử dụng chip nhớ NAND SLC với tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh, độ ổn định cao, mức dung lượng lưu trữ tối đa chỉ 128GB và có giá bán không hề rẻ.

Góp phần mang đến tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh cho ổ cứng SSD Plextor M6V là việc sử dụng chuẩn giao tiếp SATA 3 6Gb/s. Tuy nhiên với việc sử dụng chip nhớ NAND MLC, ổ cứng SSD này có mức dung lượng lưu trữ đến 256GB nhưng có giá rất phải chăng, chỉ có 2,5 triệu đồng.

Đọc, ghi và xóa

Có một điều mà bạn cần lưu ý khi sử dụng ổ cứng SSD trên hệ thống PC lẫn laptop của mình là những ổ cứng SSD mới mua sẽ đọc cũng như ghi dữ liệu rất nhanh nhưng sau một thời gian sử dụng thì tốc độ sẽ bị giảm đi đáng kể. Nguyên nhân chính là do ở cơ chế họa động đặc thù của ổ cứng SSD là có thể đọc hay ghi dữ liệu từng page, nhưng khi xóa thì buộc phải xóa nguyên block. Vì xóa nguyên block, nên NAND flash cần phải có mức điện áp cao hơn nhiều để thực hiện tác vụ đó, vô tình các ô nhớ nằm trong page thuộc block được xóa cũng bị ảnh hưởng theo. Lâu dần, việc xóa dữ liệu sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng chung của SSD.

Ngoài ra, phương thức hoạt động của SSD là cập nhật dữ liệu trên page có sẵn, sao chép toàn bộ nội dung của block vào bộ nhớ, xóa block, và sau đó chép nội dung của block cũ cùng với page đã được cập nhật. Nếu ổ đĩa đầy và không còn page trống, SSD sẽ quét toàn bộ block để tìm ra các ô được đánh dấu xóa nhưng chưa xóa để xóa hẳn và chép dữ liệu mới vào. Đó chính là nguyên nhân tại sao SSD sử dụng càng lâu, hiệu năng càng giảm – ổ đĩa có nhiều block trống thì có thể ghi dữ liệu ngay lập tức, nhưng ổ đĩa còn ít chỗ trống thì buộc nó phải thực hiện đúng theo qui trình đọc/xóa.

Garbage collection

Nếu sử dụng SSD, chắc hẳn bạn đã từng nghe nói đến tác vụ thu gom rác Gargabe collection. Tác vụ này tự động chạy nền giúp giảm nhẹ ảnh hưởng của chu kỳ đọc/ghi lên hiệu năng của ổ đĩa.

Ảnh minh họa về cách thức hoạt động của tác vụ Grabage collection.

Trong minh họa ở trên, khi ổ đĩa còn trống dữ liệu được ghi vào 4 page (A-D), sau đó có thêm 4 page mới là (E-H) và 4 page mới được cập nhật lại (A’-D’) được ghi liên tiếp vào block X. Sau thời gian sử dụng, dữ liệu lưu trong page( A-D) không còn dùng tới nữa nên được đánh dấu “invalid”, nhưng vẫn chưa thể chép đè lên cho đến khi toàn bộ block X bị xóa. Để thực hiện việc “tẩy rửa” page (A-D), tất cả các page (E-H và A’-D’) sẽ được đọc và chép vào block Y mới, sau đó block X sẽ bị xóa toàn bộ và đánh dấu “trống”. Bước cuối cùng được gọi là garbage collection, có nghĩa trước khi SSD muốn xóa hết cả khối nhớ đó, đầu tiên chip điều khiển sẽ chuyển các page chứa dữ liệu sang một block khác. Điều này sẽ giúp cho SSD có thể thực thi ngay lập tức tác vụ ghi trong lần sau, mà không cần phải thực hiện lại đúng qui trình đọc/xóa.

TRIM

Bên cạnh tác vụ Gargabe collection, tập lệnh TRIM cũng là một khái niệm mà đến khi sử dụng ổ cứng SSD bạn mới biết tới. Tập lệnh TRIM chỉ được hỗ trợ đầy đủ từ hệ điều hành Windows 7 trở đi và hầu hết các dòng ổ cứng SSD hiện nay đều hỗ trợ tập lệnh này

Đối với các ổ cứng cơ học thông thường, khi bạn thực hiện một tác vụ xóa thông thường trên hệ điều hành, thực tế nội dung của các tập tin hoặc thư mục vẫn chưa bị xóa hoàn toàn. Hệ điều hành đơn giản chỉ thay đổi các thông tin về chỉ mục của những tập tin này. Chỉ khi bạn thực hiện việc ghi đè nội dung của những tập tin này mới được xóa đi. Cũng nhờ đặc điểm này, các công cụ phục hồi tập tin có thể cứu lại những dữ liệu mà bạn lỡ tay xóa đi.

Trong khi đó với những ổ SSD, việc xóa dữ liệu với tập lênh TRIM sẽ cho phép quá trình Garbage Collection thay vì di chuyển thì sẽ bỏ những page đã được đánh dấu “invalid”. Do đó tiết kiệm được thời gian và không phải ghi lại dữ liệu. Vì vậy, nó giúp giảm thiểu chu kỳ xóa và tăng hiệu năng của ổ đĩa.

Write Amplification và Wear Leveling

Write Amplification là hiện tượng khuếch đại dung lượng lưu trữ trên ổ cứng SSD. Hiện tượng này xảy ra trong quá trình hoạt động bởi theo cơ chế hoạt động của ổ cứng SSD, các dữ liệu sau khi đã được ghi vào một page thì sẽ chiếm vĩnh viễn không gian lưu trữ của page đó. Việc xóa dữ liệu cũng không giúp người dùng lấy lại không gian lưu trữ mà đơn thuẩn chỉ là chuyển page dữ liệu đó sang một block khác. Chính vì thế, quá trình Garbage collection và tập lênh TRIM sẽ giúp làm giảm thiểu anh hưởng của hiện tượng Write Amplification.

Trong khi đó, Wear leveling là thuật toán đặc biệt giúp tăng tuổi thọ và độ ổn định của NAND flash bằng cách phân bổ quá trình ghi ra đều nhau, không được ghi hoặc xóa thường xuyên. Mặc dầu wear leveling mang đến lợi ích cho ổ đĩa, nhưng nó lại làm tăng hiện tượng write amplification. Để phân bổ quá trình ghi ra đều khắp ổ đĩa, thỉnh thoảng nó phải cần ghi và xóa block mặc dầu nội dung trong đó không có thay đổi.

Nhật My (Tổng hợp OCZone và Extreme Tech)

Nguồn: http://www.baomoi.com/SSD-va-nhung-dieu-can-biet/c/18127813.epi