Hệ lụy tốc độ tiềm ẩn của SSD nhỏ hơn: Tại sao việc song song hóa NAND làm cho ổ 2TB về mặt vật lý nhanh hơn

Có nhiều lý do khiến bạn nên ngừng mua ổ SSD dung lượng thấp. Không chỉ bạn có được nhiều dung lượng hơn khi chi tiêu nhiều hơn một chút, mà bạn còn nhận được một tác dụng phụ thú vị — ổ đĩa đó cũng nhanh hơn.

Không tin tôi sao? Đây là lý do.

Các SSD dung lượng cao hơn có nhanh hơn không?

Không giống như ổ đĩa cứng truyền thống dựa vào các đĩa quay vật lý và đầu đọc/ghi di chuyển, ổ đĩa thể rắn sử dụng các chip nhớ flash NAND được điều khiển bởi một bộ xử lý chuyên dụng được gọi là bộ điều khiển SSD. Để hiểu được lợi thế về tốc độ của các ổ đĩa lớn hơn, chúng ta phải xem xét một khái niệm gọi là song song hóa. Bộ điều khiển SSD được trang bị nhiều kênh bộ nhớ, tương tự như các làn trên đường cao tốc, kết nối bộ điều khiển với từng chip nhớ flash NAND riêng lẻ.

Khi một ổ đĩa có dung lượng thấp hơn, chẳng hạn như 256 gigabyte, nó chứa ít chip NAND vật lý hơn. Do đó, bộ điều khiển có thể không thể sử dụng hết tất cả các kênh có sẵn của nó, hoặc nó chỉ có thể sử dụng chúng với một chip nhớ (memory die) trên một kênh. Điều này giới hạn lượng dữ liệu có thể được ghi hoặc đọc đồng thời. Ngược lại, một ổ đĩa dung lượng cao hơn, như mô hình 1 terabyte hoặc 2 terabyte, cần nhiều chip flash NAND hơn đáng kể để đạt được tổng dung lượng lưu trữ của nó. Vì có nhiều chip vật lý hơn trên bo mạch, bộ điều khiển SSD có thể phân phối dữ liệu trên tất cả các kênh có sẵn cùng một lúc, thường xen kẽ các hoạt động giữa nhiều chip trên cùng một kênh.

Điều này cho phép ổ đĩa đọc và ghi dữ liệu song song, tăng đáng kể tổng thông lượng. Nó hoạt động giống như việc thêm nhiều trạm thu phí vào một xa lộ đông đúc; nhiều gói dữ liệu có thể đi qua cùng lúc mà không phải chờ đợi. Do đó, cho đến một mức nhất định khi đạt đến giới hạn kênh tối đa của bộ điều khiển, việc mua một ổ SSD dung lượng cao hơn trực tiếp đồng nghĩa với việc mua tốc độ đọc và ghi tuần tự và ngẫu nhiên cao hơn, một cách thuần túy nhờ vật lý truy cập bộ nhớ flash song song. Thật là tuyệt.

Những khía cạnh khác ảnh hưởng đến là gì?

Trong khi song song hóa là lý do kiến trúc quan trọng nhất khiến các ổ đĩa thể rắn dung lượng cao đạt tốc độ nhanh hơn, một số khía cạnh công nghệ quan trọng khác cũng góp phần vào phương trình hiệu suất tổng thể. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là kích thước bộ nhớ đệm single-level cell, hay SLC. Các ổ đĩa thể rắn hiện đại thường sử dụng công nghệ multi-level cell như triple-level cell hoặc quad-level cell NAND, lưu trữ nhiều bit dữ liệu trên mỗi ô vật lý. Trong khi điều này tăng dung lượng và giảm chi phí sản xuất, nó bản chất sẽ làm chậm tốc độ ghi. Để bù đắp, các nhà sản xuất ổ đĩa lập trình một phần dung lượng của ổ để hoạt động ở chế độ SLC mô phỏng, cho phép nhận dữ liệu đến với tốc độ nhanh chóng trước khi đẩy nó vào bộ nhớ lưu trữ chậm hơn và đặc hơn ở nền.

Bởi vì kích thước bộ nhớ đệm SLC động thường được phân bổ theo tỷ lệ phần trăm của tổng dung lượng lưu trữ có sẵn, một ổ đĩa có dung lượng cao hơn sẽ tự nhiên có bộ nhớ đệm SLC lớn hơn đáng kể. Điều này có nghĩa là bạn có thể ghi các tệp lớn—như các dự án video độ phân giải cao hoặc các trò chơi video hiện đại dung lượng lớn—vào một ổ đĩa hai terabyte với tốc độ tối đa lâu hơn nhiều so với trên một ổ đĩa nhỏ hơn trước khi bộ nhớ đệm đầy và hiệu suất giảm mạnh.

Hơn nữa, việc bổ sung và kích thước của bộ nhớ đệm DRAM đóng một vai trò quan trọng. Các ổ đĩa trạng thái rắn cao cấp bao gồm một chip DRAM riêng để lưu trữ lớp dịch chuyển flash, về cơ bản là bản đồ xác định vị trí tất cả dữ liệu trên ổ đĩa. Các ổ đĩa có dung lượng cao thường đi kèm với bộ nhớ đệm DRAM lớn hơn, điều này càng tăng tốc các hoạt động đọc và ghi ngẫu nhiên bằng cách cho phép bộ điều khiển xác định dữ liệu mà không cần tìm kiếm trực tiếp trên NAND flash chậm hơn.

Cuối cùng, giao diện vật lý và thế hệ của bộ điều khiển tự nó, chẳng hạn như chuyển từ PCIe thế hệ bốn sang thế hệ năm, sẽ quyết định trần băng thông tối đa tuyệt đối, đảm bảo rằng các chip NAND được song song hóa nặng không bị nghẽn bởi kết nối với bo mạch chủ.

Liệu bây giờ còn có lý do gì để sử dụng SSD dung lượng thấp không?

Tôi thường là người không thích các SSD dung lượng thấp, và đây là một lý do trong nhiều lý do khác. Nhưng ngay cả khi chúng chậm hơn, chúng vẫn phù hợp với một số người. Đối với các trạm làm việc văn phòng cấp nhập, các thiết bị tiêu thụ phương tiện cơ bản tại nhà, hoặc các laptop nhẹ chỉ dùng để duyệt web và soạn thảo văn bản, tốc độ đọc và ghi tuần tự tối đa hầu như không quan trọng. Trong những tình huống này, hệ thống sẽ không bao giờ tạo ra khối lượng công việc đủ để làm bão hòa băng thông của ngay cả một ổ đĩa thể rắn được song song hóa tối thiểu.

Một ổ đĩa chuẩn 256 gigabyte cung cấp lợi ích thiết yếu là thời gian khởi động tức thì và khởi chạy ứng dụng nhanh chóng so với ổ cứng cơ học truyền thống, mang lại trải nghiệm người dùng phản hồi hoàn hảo ở mức giá vào cửa thấp nhất. Ngoài ra, các ổ đĩa dung lượng thấp vẫn cực kỳ phổ biến trong số các nhà lắp ráp hệ thống khi một máy tính để bàn tiết kiệm ngân sách. Trong những cấu hình này, một ổ đĩa thể rắn nhỏ, cực kỳ phải chăng thường được triển khai độc quyền làm ổ khởi động dành riêng để chứa hệ điều hành và các ứng dụng thiết yếu. Điều này đảm bảo phản hồi của hệ thống trong khi người dùng chuyển phần lưu trữ lớn, chẳng hạn như thư viện trò chơi điện tử khổng lồ hoặc kho lưu trữ phương tiện lớn, sang một ổ cứng cơ học dung lượng cao, rẻ hơn nhiều.

Hơn nữa, trong lĩnh vực công nghệ thông tin doanh nghiệp, trang bị ổ đĩa dung lượng terabyte cho hàng trăm hoặc hàng nghìn máy trạm của nhân viên sẽ là một khoản chi tiêu khổng lồ và không cần thiết. Đối với các máy mỏng (thin client) hoặc các hệ thống doanh nghiệp dựa vào điện toán đám mây, nơi dữ liệu được lưu trữ tập trung trên các máy chủ từ xa thay vì trên máy cục bộ, dung lượng lưu trữ cục bộ tối thiểu không chỉ là đủ; mà còn là lựa chọn có trách nhiệm về mặt tài chính nhất.

Về cơ bản, nếu bạn không thực sự cần đến SSD có hiệu suất cao hơn, bạn chỉ cần chấp nhận một chút kém hơn cũng được.