Ổ cứng SSD là gì? Những điều bạn cần biết về ổ cứng SSD

Nếu bạn đang tự hỏi “Ổ cứng SSD là gì?” và mong muốn được giải đáp ngay lập tức, thì mình xin được chúc mừng bạn vì bạn đã đến đúng nơi rồi đấy!

Đầu tiên, chúng ta sẽ tìm hiểu về cái tên SSD nhé!

Ổ cứng SSD là gì?

Ổ cứng SSD, hay chi tiết hơn là “ổ đĩa rắn”, là một loại thiết bị lưu trữ sử dụng cho máy tính. Phương tiện lưu trữ bất biến này lưu trữ dữ liệu liên tục trên bộ nhớ flash ở trạng thái rắn. Bằng cách này, ổ cứng SSD đã và đang “soán ngôi” của ổ đĩa cứng truyền thống (HDD) trên các loại máy tính và thực hiện các chức năng cơ bản giống như ổ cứng. Với một ổ SSD, thiết bị sẽ được khởi động nhanh hơn, các chương trình sẽ tải cực nhanh và các dữ liệu khi lưu trữ cũng nhanh hơn nhiều so với khi sử dụng ổ cứng HDD.

SSD không có bộ phận chuyển động nào bị vỡ khi quay lên hoặc xuống. Hai thành phần quan trọng trong SSD là bộ điều khiển flash và chip nhớ flash NAND. Cấu hình này được tối ưu hóa để mang lại hiệu suất đọc / ghi cao cho các yêu cầu dữ liệu tuần tự và ngẫu nhiên. Ổ cứng SSD có thể được sử dụng ở bất cứ thiết bị điện tử nào có khe ổ cứng. Có thể kể đến một số sản phẩm như: PC, Laptop, trò chơi máy tính, máy ảnh kỹ thuật số, máy nghe nhạc kỹ thuật số, điện thoại thông minh, máy tính bảng và cả USB. Có trường hợp, SSD còn được kết hợp với card đồ hoạ. Tuy nhiên, SSD sẽ đắt hơn nhiều so với khi sử dụng ổ đĩa cơ truyền thống.

Các doanh nghiệp có nhu cầu mở rộng nhanh chóng đối với đầu vào / đầu ra (I / O) cao hơn đã thúc đẩy sự phát triển việc sử dụng ổ cứng SSD. Bởi vì ổ cứng SSD cung cấp độ trễ thấp hơn ổ cứng HDD, chúng có thể xử lý hiệu quả cả khối lượng công việc đọc nặng và đọc ngẫu nhiên. Độ trễ thấp hơn đó bắt nguồn từ khả năng của SSD là đọc dữ liệu trực tiếp và ngay lập tức từ dữ liệu được lưu trữ. Các máy chủ hiệu suất cao, Laptop, máy tính bàn hay bất cứ thiết bị nào đang cần truyền tải thông tin nhanh đều có thể hưởng lợi từ công nghệ của ổ cứng SSD. Những đặc điểm này vô tình làm cho SSD thích hợp với việc giảm tải các lần đọc các dữ liệu nặng. Hơn nữa, ổ cứng SSD còn giúp việc khởi động máy tính nhanh hơn đối với cơ sở hạ tầng máy tính bàn ảo hoặc để lưu trữ cục bộ dữ liệu được sử dụng thường xuyên bằng cách sử dụng hệ thống lưu trữ đám mây.

Ổ cứng SSD hoạt động như thế nào?

Một ổ cứng SSD đọc và ghi dữ liệu vào các chip ghi nhớ. Những con chip này được kết nối với nhau bên dưới bề mặt được làm từ silicon. Các nhà sản xuất xây dựng SSD bằng cách xếp chồng các chip trong một mạng lưới dày đặt để đạt được các mật độ khác nhau. Bên cạnh đó, các chip này sử dụng các bóng bán dẫn cổng nổi (FTG) để giữ điện tích, cho phép SSD lưu trữ dữ liệu ngay cả khi nó không được kết nối với nguồn điện. Mỗi FGT chứa một bit dữ liệu, được chỉ định là 1 đối với ô tích điện hoặc 0 nếu ô không tích điện.

Mọi khối dữ liệu đều có thể truy cập được với tốc độ không đổi. Tuy nhiên, SSD chỉ có thể ghi vào các khối trống. Hơn nữa, mặc dù SSD có các công cụ để giải quyết vấn đề này, nhưng hiệu suất có thể vẫn chậm theo thời gian.

SSD sử dụng 3 loại bộ nhớ chính: ổ đơn, ổ đa cấp và ổ ba cấp. Các ổ đơn có thể chứa một bit dữ liệu tại một thời điểm - một hoặc không. Các ổ đơn cấp (SLC) là dạng SSD đắt nhất, nhưng cũng đọc ghi dữ liệu nhanh nhất và bền nhất. Các ô đa cấp (MLC) có thể chứa hai bit dữ liệu trên mỗi ô và có lượng không gian lưu trữ lớn hơn trong cùng một lượng không gian vật lý như SLC. Tuy nhiên, MLCs có tốc độ ghi chậm hơn. Các ổ ba cấp (TLC) có thể chứa ba bit dữ liệu trong một ô. Mặc dù TLC rẻ hơn nhưng chúng cũng có tốc độ ghi chậm hơn và kém bền hơn so với các loại bộ nhớ khác. SSD dựa trên cơ chế hoạt động TLC cung cấp nhiều dung lượng flash hơn và ít tốn kém hơn so với MLC hoặc SLC, mặc dù có khả năng bị suy thoái dữ liệu cao hơn do có tám trạng thái trong ổ.

Tính năng đặc biệt của ổ cứng SSD

Một số tính năng đặc biệt được các nhà thiết kế trang bị cho SSD. Bởi vì, ổ cứng SSD không có bộ phận chuyển động, đồng nghĩa với việc không phải chịu những lỗi cơ học tương tự như đã xảy ra trên ổ cứng cơ truyền thống HDD. Thêm nữa, ổ cứng SSD cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn và hoạt động êm hơn so với người đàn anh của mình. Và, ổ cứng SSD cũng có trọng lượng ít hơn ổ HDD, là một giải pháp tốt cho các thiết bị đề cao sự di động và tiện lợi cao như Laptop hay thiết bị điện toán di động.

Ngoài ra, phần mềm bộ điều khiển SSD bao gồm phân tích dự đoán có thể cảnh báo trước cho người dùng về sự cố ổ đĩa tiềm ẩn. Bởi vì bộ nhớ flash dễ uốn, các nhà cung cấp mảng flash có thể thao túng dung lượng lưu trữ sử dụng được bằng cách sử dụng các kỹ thuật giảm dữ liệu.

Ưu điểm của ổ cứng SSD

• Tốc độ đọc và ghi dữ liệu nhanh chóng
• Khởi động thiết bị nhanh và hoạt động tốt
• Độ bền cao do khả năng chống sốc và tản nhiệt tốt
• Tiết kiệm năng lượng
• Hoạt động yên tĩnh
• Kích thước hợp lý

Nhược điểm của ổ cứng SSD

• Chi phí khá cao
• Tuổi thọ không cao
• Hạn chế về số chu kỳ ghi khiến cho SSD giảm hiệu suất hoạt động theo thời gian
• Không có nhiều tuỳ chọn lưu trữ
• Phục hồi dữ liệu tốn kém và mất thời gian, vì khi các chip bị hỏng thì sẽ không thể khôi phục được

Các loại bộ nhớ non - volatile của ổ cứng SSD

Bảng biểu này so sánh các loại bộ nhớ của ổ cứng SSD

Bộ nhớ non – volatile hay còn được gọi là bộ nhớ điện tĩnh (bộ nhớ bất biến), là một loại bộ nhớ mà vẫn giữ được lưu trữ dữ liệu sau khi điện bị tắt. SSD có 2 loại bộ nhớ bất biến: NAND và NOR. NAND và NOR khác nhau về loại cổng logic mà chúng sử dụng. Các thiết bị NAND sử dụng quyền truy cập nối tiếp tám chân vào dữ liệu. Trong khi đó, bộ nhớ flash NOR thường được sử dụng trong điện thoại di động, hỗ trợ truy cập ngẫu nhiên 1 byte.

So với NAND, flash NOR cung cấp thời gian đọc nhanh, nhưng nhìn chung thì đây là một công nghệ bộ nhớ đắt tiền hơn. NOR ghi dữ liệu ở dạng khối lớn, có nghĩa là mất nhiều thời gian hơn để xóa và ghi dữ liệu mới. Khả năng truy cập ngẫu nhiên của NOR được sử dụng để thực thi mã, trong khi NAND flash được dùng để lưu trữ. Hầu hết các điện thoại thông minh đều hỗ trợ cả hai loại bộ nhớ flash, sử dụng NOR để khởi động hệ điều hành và thẻ NAND có thể tháo rời để mở rộng dung lượng lưu trữ của thiết bị.

Các loại ổ cứng SSD

Ổ cứng SSD bao gồm các loại như sau:

1.  Ổ cứng thể rắn là loại SSD cơ bản mang lại hiệu suất thấp nhất. SSD là thiết bị flash kết nối qua “Đính kèm Công nghệ Tiên tiến Nối tiếp” (SATA) hoặc SCSI (SAS) được gắn nối tiếp và mang lại bước đầu tiên hiệu quả về chi phí trong giới ổ cứng thể rắn. Đối với nhiều môi trường, việc tăng hiệu suất trong tốc độ đọc tuần tự từ SSD SATA hoặc SAS sẽ là đủ.

2. Flash dựa trên PCIe. Bộ phận kết nối ngoại vi flash dựa trên tốc độ cao là bước tiếp theo về hiệu suất. Mặc dù các thiết bị này thường cung cấp dung lượng lớn hơn và nhiều hoạt động đầu vào / đầu ra hơn mỗi giây, nhưng lợi thế lớn nhất là độ trễ thấp hơn đáng kể. Nhược điểm là hầu hết các dịch vụ này đều yêu cầu trình điều khiển tùy chỉnh và có khả năng bảo vệ dữ liệu tích hợp hạn chế.

3. Flash DIMMs: Các mô-đun bộ nhớ nội tuyến kép flash giúp giảm độ trễ, tiến xa hơn so với thẻ flash PCIe bằng cách loại bỏ xung đột bus PCIe tiềm ẩn. Chúng yêu cầu trình điều khiển tùy chỉnh dành riêng cho flash DIMMS, với những thay đổi cụ thể đối với hệ thống I / O chỉ đọc trên bo mạch chủ.

4. Ổ cứng SSD NVMe. Những ổ cứng SSD này sử dụng đặc điểm kỹ thuật giao diện bộ nhớ nhanh (NVMe) bất biến. Điều này giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu giữa các hệ thống máy khách và ổ đĩa thể rắn qua bus PCIe. NVMe SSD được thiết kế để lưu trữ ổn định hiệu suất cao và rất phù hợp cho các cài đặt đòi hỏi cao, nhiều tính toán.

5. NVMe-oF. Giao thức NVMe over Fabrics cho phép truyền dữ liệu giữa máy tính chủ và thiết bị lưu trữ trạng thái rắn đích. NVMe-oF truyền dữ liệu thông qua các phương thức như Ethernet, Fibre Channel hoặc InfiniBand.

6. Bộ nhớ DRAM-flash kết hợp. Cấu hình kênh bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM) này kết hợp flash và DRAM máy chủ. Các thiết bị lưu trữ flash kết hợp này giải quyết giới hạn tỷ lệ lý thuyết của DRAM và được sử dụng để tăng thông lượng giữa phần mềm ứng dụng và bộ nhớ.

Ngoại hình của ổ cứng SSD

Ổ cứng SSD có ngoại hình khá đa dạng. Thông thường nhất, SSD sẽ được thiết kế với dạng 2.5 inch – phù hợp để hỗ trợ với các giao thức SAS, SATA và NVMe.

“Sáng kiến ​​Lưu trữ dữ liệu ở trạng thái rắn”, một dự án của Hiệp hội Công nghiệp Mạng Lưu trữ, đã xác định ba yếu tố chính để quyết định hình thức của SSD như sau:

1. Ngoại hình của ổ cứng SSD có dạng tương tự như ổ cứng HDD và phải vừa với các khe cắm SAS và SATA.

2. Các thẻ thể rắn sử dụng các hệ số dạng thẻ bổ trợ tiêu chuẩn, chẳng hạn như các thẻ có cổng nối tiếp PCIe. SSD được kết nối PCIe không yêu cầu bộ điều hợp bus máy chủ mạng để chuyển tiếp các lệnh, giúp tăng tốc hiệu suất của bộ nhớ. Những thiết bị này bao gồm SSD U.2 thường được coi là sự thay thế cuối cùng cho các ổ đĩa được sử dụng trong máy tính xách tay mỏng.

3. Các mô-đun trạng thái rắn nằm trong DIMM hoặc mô-đun bộ nhớ nội tuyến kép dạng phác thảo nhỏ. Chúng có thể sử dụng giao diện HDD tiêu chuẩn như SATA. Các thiết bị này được gọi là thẻ DIMM bất biến (NVDIMM).

Hai loại RAM được sử dụng trong hệ thống máy tính bao gồm: DRAM (loại sẽ bị thất thoát dữ liệu khi năng lượng không còn) và RAM. NVDIMMs cung cấp khả năng lưu trữ liên tục mà máy tính cần để khôi phục dữ liệu. Các nhà sản xuất đặt flash gần bo mạch chủ, nhưng các hoạt động lại thực hiện ở DRAM. Chất liệu flash phải được sản xuất phù hợp với bus bộ nhớ để đạt hiệu suất cao khi sao lưu trên bộ lưu trữ. Cả ổ cứng SSD và RAM đều kết hợp chặt chẽ với chip thể rắn, nhưng mỗi loại lại có chức năng khác nhau.

Hai loại SSD có thiết kế mới hơn gần đây là M.2 và U.2. SSD M.2 thường có chiều dài khác nhau, từ 42 mm (mm) đến 110 mm  và gắn trực tiếp vào bo mạch chủ. Nó kết nối qua khe NVMe hoặc SATA. Kích thước nhỏ của M.2 làm giới hạn diện tích bề mặt tản nhiệt, theo thời gian sẽ làm giảm hiệu suất và độ ổn định. Trong môi trường lưu trữ doanh nghiệp, SSD M.2 thường được sử dụng làm thiết bị khởi động. Trong các nhu cầu tiêu dùng nhỏ lẻ, chẳng hạn như máy tính xách tay, SSD M.2 cung cấp khả năng mở rộng dung lượng.

SSD U.2 được mô tả là một SSD PCIe 2,5 inch. Các thiết bị dạng nhỏ này trước đây được gọi là SFF-8639. Giao diện U.2 cho phép lắp SSD PCIe dựa trên NVMe tốc độ cao vào bảng mạch của máy tính mà không cần tắt nguồn máy chủ và bộ nhớ.

Ngành công nghiệp SSD

Ngành sản xuất ổ cứng SSD hiện nay bị thống trị bởi nhiều tập đoàn danh tiếng, có thể kể ra như:

• Crucial
• Intel
• Kingston Technology
• Micron Technology Inc.
• Samsung
• SanDisk
• Seagate Technology
• SK Hynix
• Western Digital Corp.

Những nhà sản xuất này tạo ra và bán chip flash NAND cho các nhà cung cấp ổ cứng SSD. Họ cũng tiếp thị các ổ cứng SSD có thương hiệu dựa trên chip flash mà họ tự sản xuất. Những nhân tố quan trọng cần xem xét trước khi mua ổ cứng SSD bao gồm:

• Độ bền. Mọi chế độ bảo hành cho ổ cứng SSD đều có giới hạn về thời gian, được xác định bởi loại chip flash NAND. Một SSD chỉ được sử dụng để đọc dữ liệu không yêu cầu mức độ bền giống như SSD dành để xử lý nhu cầu chủ yếu là ghi dữ liệu.
• Yếu tố hình thức. Điều này sẽ xác định xem ổ SSD thay thế có hoạt động với bộ nhớ hiện có và số lượng ổ SSD có vừa với một khung hay không?
• Giao diện. Điều này xác định công suất tối đa và ngưỡng độ trễ tối thiểu, cũng như khả năng mở rộng của SSD. Các nhà sản xuất dựa vào yếu tố này để xác định điều kiện xuất xưởng cho SSD của họ đối với NVMe, SAS và SATA.
• Công suất sử dụng. Giao diện ổ đĩa cũng chỉ định sức mạnh tối đa của ổ cứng SSD, mặc dù nhiều hãng sản xuất SSD đều thiết kế yếu tố này tự điều chỉnh trong khi hoạt động.

Từ trước đên nay, ổ cứng SSD luôn sẽ đắt hơn so với ổ cứng thông thường. Nhưng bởi vì sự cải tiến trong công nghệ sản xuất và mở rộng dung lượng chip, giá của ổ cứng SSD đã ổn định. Điều này cho phép nhiều đối tượng khách hàng và doanh nghiệp xem ổ cứng SSD là phương pháp tối ưu để thay thế các hình thức lưu trữ truyền thống thông thường. Tuy nhiên, giá cả vẫn tăng bởi vì sự khan hiếm và thiếu hụt nguồn cung chip, thị trường cũng không ngừng biến động – gần đây nhất là vào năm 2020 và 2021, do dịch Covid 19 hoành hành đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn cung thiết bị này. Nhu cầu về chip flash đã làm cho giá của ổ cứng SSD thay đổi, nhưng tựu trung lại thì vẫn cao hơn giá của ổ cứng HDD.

 Lịch sử phát triển của ổ cứng SSD

Ngày trước, các nhà thiết kế đã sử dụng SSD trong các máy tính thế hệ đầu tiên (máy tính ống chân không) thông qua hai công nghệ tương tự: bộ nhớ chỉ đọc dung lượng thẻ và bộ nhớ lõi từ. Tuy nhiên, hai giải pháp đó đã lỗi thời vào những năm 1950 và 1960 với sự phổ biến ngày càng tăng của các thành phần lưu trữ rẻ hơn như bộ nhớ trống. Khi công nghệ không ngừng phát triển, đến những năm 1970 và 1980, SSD đã trở lại phổ biến, nhưng chúng khá đắt và không được áp dụng rộng rãi cho đến khi Dataram giới thiệu Bulk Core SSD vào năm 1976. Mặc dù SSD 2 GB là sáng tạo mang tính cách mạng nhưng ổ cứng này vẫn sử dụng lõi. Bộ nhớ tương thích cao và hoạt động nhanh hơn nhiều so với các đĩa có đầu cố định.

Các công ty bắt đầu phát triển công nghệ SSD, chẳng hạn như Sharp PC-5000 với bộ nhớ bong bóng SSD 128 KB vào năm 1983. Đến những năm 1990, SSD dựa trên chip flash được giới thiệu và bắt đầu phổ biến trên toàn cầu, nhưng chúng vẫn có giá cao (lên đến 47.000 USD).

Năm 2003, Transcend giới thiệu ổ SSD chip flash giá rẻ với đầu nối Công nghệ Tiên tiến Song song (Parallel ATA hoặc PATA) có giá thấp chỉ 50 đô la. Cổng kết nối PATA cắm ổ cứng vào máy tính.

Mãi cho đến năm 2006, Samsung flash SSD mới được bán trên thị trường đại trà với dung lượng 32 GB và giao diện PATA. Các ổ SSD lưu trữ phong phú được OCZ Technology giới thiệu vào năm 2009 đi kèm với một SSD dựa trên flash 1 TB, trong khi Virident Systems đã phát triển SSD dựa trên flash thế hệ thứ hai với dung lượng lưu trữ lên đến 2,2 TB vào năm 2012.

Vào cuối năm 2012, chúng ta đã chứng kiến ​​các ổ đĩa flash đáng tin cậy cho ứng dụng hiệu suất cao, chẳng hạn như ổ đĩa SDD DC S3700 của Intel. Nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ, hiệu suất cao và độ tin cậy là những yếu tố quan trọng đối với sự phát triển và tiến bộ của SSD so với HDD.

Vậy là qua những thông tin trên, Vũ Trang Computer đã cơ bản giải đáp được Ổ cứng SSD là gì và những điều bạn cần biết về ổ cứng SSD. Nhiều bài viết hấp dẫn khác sẽ liên tục được cập nhật tại đây, đừng bỏ lỡ.