SSD (Solid State Drive - Ổ lưu trữ thể rắn) đã xuất hiện từ năm 1978 nhưng chỉ đến 3 năm gần đây loại đĩa lưu trữ này mới thực sự nhận được sự quan tâm của đông đảo người dùng. Ổ đĩa SSD mang nhiều tính năng ưu việt đáng soán ngôi ổ đĩa cứng truyền thống để trở thành phương tiện lưu trữ dữ liệu hiệu quả và tiết kiệm của tương lai. Nói ngắn gọn, chúng ta có bốn lí do nên chọn ổ đĩa SSD: Tốc độ, Độ bền, Hiệu năng, Tiết kiệm. Tuy vậy, chúng ta không thể không kể đến sự thật rằng hiệu suât ổ đĩa SSD có thể xuống cấp theo thời gian. Bài viết sau sẽ cung cấp cho bạn một số điều cần biết về ổ đĩa SSD.


Những lợi ích ổ đĩa SSD đem lại cho chúng ta

Để hiểu những điều tuyệt vời về SSD, chúng ta hãy bắt đầu thiết bị lưu trữ dữ liệu truyền thống: Ổ đĩa cứng (HDD - Hard disk drive). Về cơ bản, ổ đĩa cứng hoạt động như sau: Phía trong ổ đĩa là đĩa từ quay rất nhanh (từ 3.600 rpm tới 15.000 rpm) có thể được đọc và ghi dữ liệu lên nhờ một "đầu đọc" vươn được ra cả bề mặt đĩa; tất cả được điều khiển bởi một bộ điều khiển ta sẽ đề cập sau trong bài. "Đầu đọc" này đầu này không hề tiếp xúc với bề mặt đĩa từ, bởi việc đọc - ghi dữ liệu hoàn toàn nhờ vào các bộ cảm biến điện trường. Nếu chẳng may đầu đọc tiếp xúc với bề mặt đĩa thì đĩa từ sẽ bị hư hại dẫn tới hư hỏng/mất dữ liệu. Từ đó ta có thể thấy các khuyết điểm của ổ đĩa cứng: dễ hư hỏng (khi chịu va đập mạnh) và tốc độ còn thấp (phải dựa vào chuyển động vật lý của đầu đọc tới vị trí của dữ liệu).
*rpm là revolutions per minute, một đơn vị đo tốc độ quay của máy móc/thiết bị điện tử

Đó là đối với ổ đĩa cứng HDD. Còn về SSD, tuy sử dụng chung chuẩn giao tiếp như ổ đĩa cứng nhưng bên trong ổ SSD lại hoàn toàn khác. Ổ SSD được cấu tạo từ những con chip flash. Chính vì cấu tạo này mà ổ đĩa SSD có rất nhiều ưu điểm so với ổ đĩa cứng truyền thống.

Ổ đĩa SSD không có bất kì bộ phần chuyển động nào, do đó SSD không cần phải quay đĩa từ hay di chuyển đầu đọc, đồng thời cũng không tạo ra âm thanh. Kết quả là ổ đĩa SSD sẽ có quá trình khởi động, truy xuất ngẫu nhiên, chạy ứng dụng v.v… cực kì nhanh. Đó là chưa kể đến hiệu quả tiết kiệm điện của SSD: SSD không có cơ chế quay nên năng lượng tiêu hao rất ít. Các yếu tố này góp phần giúp các thiết bị di động hiện tại và tương lai có nhiều thay đổi đáng kể: chạy nhanh, ít tiêu thu năng lượng, hoạt động êm ái, bền bỉ và an toàn hơn.

Lấy ví dụ với chiếc Eee PC. Chính nhờ tích hợp ổ cứng SSD nên Eee PC khi bị rơi rớt, va đập cũng không làm tổn hại đến dữ liệu chứa bên trong máy. Máy chạy nhanh, thời gian khởi động 10s, tắt máy 5s dù bộ vi xử lý chỉ ở mức trung bình là Intel Mobile chipset.

Doron Myersdorf, Tổng điều hành của bộ phận ổ đĩa SSD của SanDisk, cho biết nếu tốc độ của ổ đĩa cứng (HDD) muốn bằng tốc độ của ổ đĩa SSD thì nó phải quay với tốc độ lên tới 40.000 rpm, tức gấp gần 3 lần tốc độ của ổ đĩa cứng nhanh nhất.


So sánh tốc độ khởi động lên Windows của 2 máy, một sử dụng HDD, một sử dụng SSD


Những bí mật của ổ lưu trữ dạng rắn SSD

Có thể nói, điều thú vị về ổ đĩa SSD nằm trong cấu tạo của nó. Thông thường những một ổ đĩa SSD bao gồm 2 bộ phận chính:
- Một loạt các chip nhớ NAND flash dùng cho việc lưu trữ - tương tự như trong thẻ nhớ và ổ USB
- Một bộ nhớ cache DRAM nhỏ, tương tự như trên hầu hết các ổ đĩa cứng hiện nay.
*Ngoài ra còn có một bộ điều khiển (controller)
DRAM cũng là bộ nhớ flash, nhưng sự khác biệt giữa chúng là khả năng lưu trữ. Bộ nhớ flash là loại bộ nhớ non-volatile, có nghĩa là dữ liệu mà nó lưu trữ không bị mất đi nếu bị mất nguồn, trong khi DRAM là bộ nhớ volatile, do đó dữ liệu sẽ lập tức không còn khi DRAM không được cấp nguồn. Ngoài ra, điểm khác biệt nữa đó là DRAM luôn nhanh hơn bộ nhớ flash, phục vụ cho việc cache dữ liệu(*). Dù sao, không lưu trữ được khi mất nguồn cũng không phải là vấn đề, bởi công việc cache dữ liệu cũng không có nghĩa lí gì nếu máy không hoạt động.
(*)Cache (phát âm như cash lưu trữ các dữ liệu, lệnh mà các chương trình liên tục cần truy xuất nhằm tăng tốc thực thi của toàn hệ thống.
Bộ nhớ Flash được tạo thành từ các ô bộ nhớ, các ô bộ nhớ này được tạo thành từ các bóng bán dẫn. Có hai loại bộ nhớ cơ bản: Với ô bộ nhớ đơn cấp (SLC - Single-level Cell), một bit dữ liệu được lưu trữ trên một ô nhớ. (Bit là đơn vị cấu thành cơ bản của thông tin, với 2 trạng thái là 0 hoặc 1). Loại bộ nhớ SLC có tốc độ cực kì cao và có tuổi thọ cao, nhưng nó lại rất đắt đỏ nếu đem tỉ lệ với nhu cầu lưu trữ dữ liệu trên máy vi tính của bạn. Bộ nhớ SLC thực sự chỉ được sử dụng cho các công cụ doanh nghiệp, ví như máy chủ cao cấp.

Đó là đối với các doanh nghiệp có nhu cầu dữ liệu cao, còn với người dùng bình thường có bộ nhớ ô đa cấp (MLC - Multi-level Cell). Hiện nay, một ô nhớ có thể có lên đến 4 bit. "Đa cấp" dùng để chỉ nhiều cấp độ của điện áp trong tế bào được sử dụng để có được những bit thêm vào. Ổ SSD sử dụng MLC rẻ hơn SLC nhiều nhưng lại chậm hơn và không bền bằng. Dù thế, hiện nay và có thể nói trong tương lai gần, tất cả các sản phẩm SSD dành cho chúng ta vẫn sẽ là loại MLC.

Mặt bất lợi khi sử dụng ổ lưu trữ rắn SSD

Nói về cấu trúc, bộ nhớ flash được chia thành các khối (block), các khối được chia nhỏ hơn nữa vào các "trang" (page). Trong khi dữ liệu có thể được đọc và ghi ở cấp độ trang riêng lẻ, dữ liệu chỉ có thể được xoá hoàn toàn ở cấp độ khối lớn hơn. Nói cách khác, giả sử bạn có một khối 256kB và một trang 4kB, nhưng bạn chỉ muốn xóa một trang, bạn cần phải xóa toàn bộ khối, và sau đó phải ghi tất cả phần còn lại của dữ liệu lại trong khối.

Đây là một vấn đề không nhỏ, bởi bộ nhớ flash MLC có tuổi thọ chỉ khoảng 10.000 lần đọc/ghi. Thêm vào đó, khi ổ đĩa đầy lên, hiệu suất đọc/ghi sẽ giảm đáng kể khi mà ổ sẽ phải liên tục thực hiện chu trình "đọc - chuyển dữ liệu lên cache - xóa trang - copy dữ liệu từ cache - ghi dữ liệu mới vào trang trống".
Giảm thiểu các mặt bất lợi


Sơ đồ chu trình đọc-xóa-ghi mới dữ liệu
Anandtech: The SSD Anthology: Understanding SSDs and New Drives from OCZ

Như chúng ta đã đề cập ở phần trên bài, ổ cứng SSD có cả mặt lợi cũng như bất lợi. Tuy nhiên, để tận dụng được tối đã tiềm năng của SSD, ta vẫn có thể "xử lý" các mặt bất lợi.

Như đã nói ở đầu bài, trong ổ đĩa SSD có một bộ phận gọi là bộ điều khiển. Đây chính là bộ phận có thể dùng để phân biệt các nhà sản xuất ổ SSD. Vấn đề về bộ nhớ flash là của chung các ổ đĩa SSD, do đó việc xử lý các mặt bất lợi thuộc về nhà sản xuất, và thông qua công cụ là bộ điều khiển bằng các thuật toán.

Kỹ thuật tiêu chuẩn đầu tiên cho tuổi thọ bộ nhớ flash là phân chia vùng ghi dữ liệu. Thay vì ghi và xóa dữ liệu lên một vùng bộ nhớ nhiều lần, kĩ thuật này sẽ lần lượt ghi dữ liệu lên đầy ổ đĩa, sau đó mới bắt đầu xóa dữ liệu trên các khối, tiết kiệm được các lần ghi đọc. Như vậy, vấn đề về chu trình đọc, ghi, xóa ở các cấp độ khối và trang được giảm thiểu, bởi theo ông Myersdorf, thuật toán quản lí ổ đĩa sẽ chuyển từ cấp độ khối sáng cấp độ trang.

Như bạn đã biết, khi xóa gì đó khỏi máy tính của bạn, nó không lập tức biến mất hoàn toàn. Hệ điều hành về cơ bản chỉ đánh dấu các dữ liệu theo kiểu "Này, anh có thể đè dữ liệu mới lên tôi rồi này". Vì thế, ổ cứng của bạn thực ra không hề biết bạn vừa xóa bỏ bất cứ gì. Ổ cứng lúc này không phân biệt chính xác được khối/trang nào thực sự đang được sử dụng, và vùng/trang này có thể làm thành bộ nhớ trống. Ở đây, các nhà sản xuất sử dụng chức năng TRIM. Đây là một loại lệnh cho phép hệ điều hành thông báo cho SSD rằng file/folder đó có thể được xóa lập tức. Lúc này, SSD sẽ chuyển cả khối dữ liệu lên một bộ nhớ cache, tại đó xóa sạch các trang chứa dữ liệu bạn muốn xóa, sau đó copy các dữ liệu còn lại lên một khối mới. Lúc này nhờ có bước xóa dữ liệu trên cache nên khối mới sẽ còn lại free space cho bạn sử dụng. Chức năng của TRIM là đem lại hiệu suất hoạt động cao hơn cho ổ đĩa khi bạn lưu dữ liệu mới, bởi việc đọc-xóa-rewrite đã được thực hiện sẵn. Windows 7 đã hỗ trợ chức năng TRIM, và theo ông Myersdorf, Windows 8 còn sẽ tuyệt vời hơn với thiết bị lưu trữ thể rắn. Theo Apple, Snow Leopard chưa hỗ trợ TRIM.
Trích Được post bởi Hỗ trợ khách hàng của Apple
Case number 148667870

Hello William,

I have spoken with our engineer and he has advise that Snow Leopard does not support TRIM SSD. Apple is investigating TRIM for feature Mac OS X releases.

Sincerely,

Preston Rudka
Apple

Giá thành

Đó là các vấn đề kĩ thuật. Còn đối với người dùng như chúng ta, vấn đề còn sót lại duy nhất đó là giá thành, cụ thể hơn là tỉ lệ giá/dung lượng. Giá thành ổ đĩa SSD hiện nay còn khá cao, trong khi dung lượng vẫn chưa thể so sánh với ổ cứng truyền thống. SSD hiện có các loại dung lượng thông dụng là 32GB tới 256GB, giá từ tầm 1 triệu đồng cho đến 5 triệu đồng (128GB) và có thể lên đến 8-9 triệu đồng với loại 256GB. Ổ SSD thông dụng nhất là Intel X25 dung lượng 160GB đã có giá tới 430 USD, còn với tùy chọn ổ SSD 512GB ở Macbook Pro mới, giá có thể tăng thêm tới 1450 USD.

Ổ cứng OCZ Colossus Series 1TB tốc độ 300 MB/s giá lên tới… 3.700 USD

Có thể nói, giá của ổ đĩa SSD chỉ có thể giảm khi chuẩn ổ đĩa này trở nên thông dụng. Và cũng chính khi giá thành ổ đĩa SSD giảm xuống mức hợp túi tiền người sử dụng trung-cao cấp, công nghệ này mới có thể thực sự cất cánh, bởi chúng ta không thể phủ nhận SSD sở hữu rất nhiều tính năng ưu việt..