Ổ đĩa thể rắn (SSD) đang nhanh chóng trở thành bộ lưu trữ máy tính được ưa thích cho các hệ điều hành và ứng dụng. Bạn sẽ tìm thấy chúng trong máy tính xách tay, điện thoại, máy tính bảng và thậm chí cả bảng điều khiển mới nhất.
Với hiệu suất và độ bền tuyệt vời, những ổ đĩa này đang thực sự gây được tiếng vang lớn, nhưng chính xác thì SSD là gì?
Ổ đĩa cứng (HDD) truyền thống hoạt động như thế nào
Để hiểu điều gì làm cho SSD trở nên khác biệt, chúng ta cần quay ngược đồng hồ một thời gian ngắn và nhìn vào Ổ đĩa cứng (HDD) truyền thống. HDD là loại ổ đĩa tiêu chuẩn mà bạn tìm thấy ở hầu hết các máy tính cho đến gần đây.
Bên trong ổ cứng HDD, bạn sẽ tìm thấy một hoặc nhiều đĩa quay được gọi là “đĩa”. Mỗi đĩa được chia thành các rãnh và các khu vực. Các đĩa thường được làm từ nhôm hoặc thủy tinh và được phủ một lớp vật liệu từ tính.
Bề mặt của đĩa chứa hàng tỷ khu vực riêng lẻ, mỗi khu vực đại diện cho một bit dữ liệu. Khu vực này có thể được từ hóa hoặc khử từ, đại diện cho số một hoặc số không.
Khi các đĩa quay di chuyển với tốc độ hàng nghìn vòng mỗi phút, các đầu đọc ghi nhỏ được gắn vào các cánh tay đung đưa lơ lửng trên một sợi tóc phía trên đĩa đọc hoặc ghi vào ổ đĩa.
Ổ đĩa cứng là thiết bị cực kỳ phức tạp với nhiều bộ phận chuyển động nhỏ, chính xác và dễ vỡ. Thật là một điều ngạc nhiên hiện đại khi họ làm việc hiệu quả như vậy.
Ổ cứng thể rắn (SSD) hoạt động như thế nào
SSD có nhiều điểm chung với các thiết bị bán dẫn như CPU và RAM hơn là ổ đĩa cứng. SSD và HDD đều hoạt động như thiết bị lưu trữ, nhưng SSD hoạt động theo cách rất khác.
Bên trong ổ SSD thông thường, bạn sẽ chỉ tìm thấy chip máy tính. Có chip điều khiển của SSD, giúp quản lý cách thức và nơi lưu trữ dữ liệu, nhưng phần lớn ổ SSD bao gồm các chip bộ nhớ flash.
Bộ nhớ flash là bộ nhớ “không thay đổi”. Bộ nhớ khả biến, như RAM, không tồn tại khi tắt nguồn—dữ liệu được lưu trữ ở đó sẽ biến mất. Ngược lại, với bộ nhớ cố định (như ổ SSD hoặc ổ USB), dữ liệu của bạn vẫn tồn tại ngay cả khi tắt nguồn. Đây là lý do tại sao ổ USB còn được gọi là “ổ flash”!
SSD hiện đại (và hầu hết các ổ flash USB và thẻ nhớ) sử dụng một loại bộ nhớ flash gọi là bộ nhớ flash NAND. Nó được đặt tên theo một trong những loại cổng logic bạn có thể tạo ra trong vi mạch. Trong bộ nhớ NAND, có những “ô” có thể chứa các mức điện tích khác nhau. Bằng cách đo mức sạc trong ô nhớ, bạn có thể biết nó đại diện cho số 1 hay số 0. Để thay đổi nội dung của một ô, bạn chỉ cần thay đổi mức điện tích bên trong ô đó.
Có nhiều biến thể khác nhau về công nghệ trong thế giới bộ nhớ NAND. Ví dụ:bạn có thể đã thấy một số ổ SSD Samsung được gắn nhãn “V-NAND” hoặc NAND “dọc”. Ở đây, các ô nhớ được xếp chồng lên nhau theo chiều dọc, cho phép có nhiều dung lượng lưu trữ hơn trong cùng một diện tích silicon. 3D NAND của Intel cũng ít nhiều có công nghệ tương tự.
Các loại SSD và giao diện
SSD có nhiều kiểu dáng và loại bộ nhớ flash NAND khác nhau. Điều này quyết định hiệu suất tối đa của SSD cũng như giá của nó.
Các loại bộ nhớ flash
Tất cả đèn flash NAND không giống nhau về mật độ và hiệu suất dữ liệu. Bạn sẽ nhớ lại cuộc thảo luận của chúng ta ở trên rằng SSD lưu trữ dữ liệu dưới dạng điện tích bên trong các ô nhớ.
Nếu một ô chỉ lưu trữ một bit dữ liệu thì nó được gọi là SLC hoặc bộ nhớ ô một cấp . Bộ nhớ MLC (ô đa cấp) và TLC (ô ba cấp) lần lượt lưu trữ hai và ba bit dữ liệu trên mỗi ô. Bộ nhớ QLC (ô bốn cấp) đưa nó lên bốn bit trên mỗi ô.
Bạn có thể lưu trữ càng nhiều bit dữ liệu trong một ô thì ổ SSD của bạn càng rẻ hoặc bạn có thể nhét càng nhiều dữ liệu vào cùng một không gian. Điều này nghe có vẻ là một ý tưởng tuyệt vời, nhưng do cách hoạt động của SSD, ổ đĩa sẽ chết nhanh hơn khi sử dụng phương pháp lưu trữ nhiều bit. Bộ nhớ SLC là loại NAND hoạt động tốt nhất và bền nhất với tuổi thọ dài. Tuy nhiên, nó cũng đắt nhất cho đến nay và chỉ có trong các ổ đĩa cao cấp.
Do đó, hầu hết các ổ SSD tiêu dùng đều sử dụng MLC hoặc TLC và sử dụng các phương pháp đặc biệt để kéo dài tuổi thọ hữu ích của chúng càng nhiều càng tốt. Chúng tôi sẽ đề cập đến vấn đề hao mòn SSD ở phần sau của bài viết này về những nhược điểm của công nghệ.
Hệ số dạng SSD
SSD có nhiều dạng khác nhau. “Hệ số hình thức” chỉ đơn giản là hình dạng vật lý của thiết bị và tiêu chuẩn kết nối mà thiết bị tuân theo. Bởi vì SSD ban đầu được thiết kế để thay thế ổ cứng HDD nên các thiết bị đầu tiên dành cho máy tính để bàn của người tiêu dùng được thiết kế để gắn vào vị trí của ổ cứng trước đây.
Đây là lúc thiết kế SSD SATA 2,5 inch xuất hiện. Bạn chỉ cần lấy ổ cứng máy tính xách tay 2,5 inch hiện tại của mình ra và cắm một trong các ổ SSD này vào.
Ổ SSD bên trong vỏ này không cần nhiều diện tích như vậy, nhưng điều đó hoàn toàn hợp lý vì máy tính xách tay và hầu hết máy tính để bàn hiện đại đều đã có khoang ổ đĩa 2,5 inch và đầu nối SATA trên bo mạch chủ của chúng. Bạn cũng có thể mua bộ chuyển đổi cho phép bạn đặt ổ đĩa 2,5 inch vào khoang 3,5 inch của máy tính để bàn.
Ngoài việc chiếm dung lượng không cần thiết, các ổ đĩa 2,5 inch này còn bị giới hạn ở tốc độ 600 MB/s vì đó là giới hạn của giao diện SATA 3.
Tiêu chuẩn mSATA (mini-SATA) giải quyết vấn đề không gian. mSATA về mặt vật lý có hình dạng, kích thước và đầu nối giống như tiêu chuẩn thẻ PCI Express Mini nhưng hai loại thẻ này không tương thích về mặt điện.
Chuẩn mSATA hiện đã được thay thế bằng chuẩn M.2. SSD M.2 có thể là SATA hoặc PCIe, tùy thuộc vào sự kết hợp giữa card và bo mạch chủ.
Thẻ M.2 cũng có thể có hai mặt với các thành phần ở cả hai mặt và chúng có chiều dài khác nhau. Điều quan trọng luôn là đảm bảo rằng bo mạch chủ máy tính của bạn tương thích với SSD M.2 mà bạn muốn sử dụng cùng với nó!
SSD NVMe sử dụng tiêu chuẩn Non-Volatile Memory Express, đây là cách máy tính có thể truy cập bộ nhớ SSD bằng PCIe thường được sử dụng cho card đồ họa. PCIe có băng thông lớn hơn nhiều so với SATA, cho phép bộ nhớ SSD nhanh phát huy hết tiềm năng.
Ưu điểm của SSD
Có nhiều lý do khiến SSD nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn trong công nghệ lưu trữ. Mặc dù một số vấn đề ban đầu đã khiến chúng bị loại khỏi thế giới máy tính phổ thông trong một thời gian, nhưng giờ đây chúng đã đến mức chúng tôi có thể giới thiệu chúng cho bất kỳ ai. Ngay cả những máy chơi game video mới nhất hiện nay cũng sử dụng SSD. Dưới đây là những điểm mạnh chính đã đưa SSD trở nên phổ biến hiện nay.
SSD rất nhanh
Ổ cứng cơ học nhanh nhất trên toàn cầu, Seagate Mach.2 Exos 2X14, có thể đạt tốc độ truyền liên tục là 524 MB/s. Tốc độ đó gần như nhanh bằng ổ SSD SATA 3, nhưng ổ đĩa cơ thông thường mà bạn tìm thấy trên máy tính ngày nay có thể đạt tốc độ từ 100 MB/s đến 250 MB/s nếu bạn đang xem xét loại ổ đĩa cao cấp trên thị trường.
SSD M.2 PCIe thông thường, chẳng hạn như ổ SSD được tìm thấy trong máy tính xách tay tầm trung, cung cấp tốc độ 2,5 đến 3,5 GB/s. Các ổ SSD M.2 PCIe mới nhất đang đạt tốc độ gần 8 GB/s, đây là một lượng dữ liệu đáng kinh ngạc. Tốc độ ghi tuần tự thường chậm hơn một chút so với tốc độ đọc, nhưng dữ liệu đang di chuyển với tốc độ chóng mặt theo cả hai hướng.
Nó không chỉ là về tốc độ truyền tải. Ổ cứng cơ học cần thời gian để quay đĩa và di chuyển đầu ổ đĩa vào đúng vị trí. Việc tìm đúng vị trí trên đĩa cho yêu cầu dữ liệu được gọi là “tìm kiếm thời gian”. Đối với SSD, số độ trễ đó thực tế bằng không.
SSD có thể đọc dữ liệu ngay lập tức từ bất kỳ vị trí nào trong ô nhớ của nó và thậm chí thực hiện song song. Cho dù bạn phân loại theo cách nào thì SSD vẫn ở trong một thế giới hiệu suất khác so với ngay cả những ổ cứng cơ học tốt nhất, bất kể bạn phân loại theo cách nào.
Khi nâng cấp ổ cứng HDD của máy tính lên SSD, bạn sẽ có thời gian khởi động nhanh hơn nhiều và khả năng phản hồi hệ thống rất linh hoạt. Đơn giản vì CPU của bạn không bao giờ phải chờ dữ liệu từ ổ lưu trữ. Đó là một cách tuyệt vời để mang lại sức sống mới cho hệ thống Windows cũ.
SSD có độ bền cao
SSD có độ bền tương đương với bất kỳ thành phần thể rắn nào khác như CPU hoặc RAM không có bộ phận chuyển động. Trừ khi nguồn điện đột ngột phá hủy chúng, chúng sẽ chạy vô thời hạn hoặc ít nhất là miễn là máy tính vẫn còn hữu ích cho bạn. Bộ nhớ flash cũng có khả năng chống chịu va đập rất tốt, không giống như ổ cứng dễ bị phá hủy nếu rơi, đặc biệt là khi đĩa cứng đang quay.
Độ bền này khiến chúng trở nên hoàn hảo cho máy tính xách tay và đó là lý do tại sao ultrabook như Apple MacBook Air, iMac và các thành viên khác trong dòng máy tính Mac có ổ SSD tích hợp hiệu suất cao.
“Độ bền” trong trường hợp này không đề cập đến hiện tượng hao mòn SSD mà chúng tôi đề cập đến trong danh sách nhược điểm bên dưới.
SSD không bị phân mảnh
Phân mảnh dữ liệu là một vấn đề thực sự trên ổ cứng. Nó xảy ra khi dữ liệu mới được ghi vào vùng trống đầu tiên trên ổ đĩa. Vì vậy, một tệp nhất định hoặc tập hợp các tệp liên quan có thể có dữ liệu nằm rải rác khắp khu vực đĩa vật lý của ổ đĩa.
Điều này làm giảm tốc độ đọc tuần tự và tăng thêm rất nhiều thời gian tìm kiếm vì các đầu ổ đĩa di chuyển khắp nơi để tìm tất cả các phần của tệp. SSD, do bản chất của chúng, không bị phân mảnh. Không phải là tập tin không bị phân mảnh. Chỉ là điều đó không thành vấn đề vì không có bộ phận chuyển động và không cần thời gian để nói đến.
Chống phân mảnh chỉ gây hao mòn không cần thiết cho ổ đĩa. Nếu bạn muốn biết thêm một chút về phân mảnh SSD, hãy đọc Bạn có nên chống phân mảnh ổ SSD không?
SSD yên tĩnh
Ổ cứng ồn ào! Tiếng vo ve của động cơ, tiếng vù của đĩa, tiếng lách cách của các đầu ổ đĩa di chuyển tới lui — đó là tiếng ồn xung quanh đối với người dùng máy tính trong nhiều thập kỷ.
Ngược lại, SSD không gây ra tiếng ồn nào cả. Đây có vẻ như là một lợi thế tầm thường nhưng các thành phần máy tính ồn ào lại gây khó chịu. Trong một số trường hợp sử dụng, chẳng hạn như máy tính dùng để ghi âm, mức âm thanh rất quan trọng. Đã có những ổ cứng đắt tiền với giá đỡ và thiết kế đặc biệt đã cố gắng hạn chế tiếng ồn của ổ cứng HDD, nhưng với SSD, vấn đề đã được giải quyết hoàn toàn.
Đây là lý do tại sao bây giờ chúng ta có thể có một chiếc máy tính như Apple M1 MacBook Air, không có quạt và không có ổ cứng cơ học. Toàn bộ máy tính đều ở trạng thái rắn nên không gây ra bất kỳ tiếng ồn nào!
SSD nhỏ gọn và tiết kiệm điện
SSD chiếm ít không gian hơn so với HDD và cần ít năng lượng hơn để hoạt động. Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể có máy tính, máy tính bảng, điện thoại thông minh và các thiết bị điện tử khác nhỏ hơn và mỏng hơn yêu cầu ổ lưu trữ ổn định tốc độ nhanh.
SSD có thể chuyển sang chế độ ngủ gần như hoàn toàn khi không sử dụng và không giống như ổ cứng HDD, chúng có thể chuyển sang chế độ hiệu suất cao gần như ngay lập tức. Nhìn chung, mức tiêu thụ điện năng của SSD đặc biệt quan trọng để có được thời lượng pin tốt hơn cho máy tính di động và các thiết bị khác sử dụng chúng. Đơn giản là các thiết bị cơ điện cần nhiều năng lượng hơn các thiết bị thể rắn để hoạt động.
SSD có thể thu nhỏ kích thước cài đặt
SSD có thể giảm kích thước cài đặt của một số ứng dụng, đặc biệt là trò chơi điện tử. Khi các ứng dụng dựa vào việc truyền dữ liệu vào bộ nhớ một cách nhanh chóng, các nhà phát triển có thể sao chép thông tin ở nhiều vị trí trên đĩa cứng. Điều này làm giảm thời gian tìm kiếm vì các đầu ổ đĩa luôn ở gần bản sao dữ liệu mà nó cần. Đó là một thủ thuật thông minh nhưng lại gây tốn kém dung lượng lưu trữ.
Các ứng dụng được thiết kế cho SSD hoàn toàn không cần thực hiện việc này. Vì SSD hầu như không có độ trễ và có thể đọc dữ liệu từ bất kỳ đâu trên ổ đĩa ngay lập tức nên chỉ cần có một bản sao của dữ liệu.
Các bảng điều khiển như PlayStation 5 đã cho thấy SSD có thể thu nhỏ kích thước cài đặt đến mức nào, đặc biệt khi kết hợp với tính năng nén, điều này mang lại cho chúng ta lợi thế tiếp theo.
SSD có thể được tăng tốc
Nếu bạn cho rằng SSD vốn đã rất nhanh, bạn có thể tăng tốc các ổ đĩa này để đạt được hiệu suất tốc độ thực sự cao. Tất cả là nhờ công nghệ nén. Dữ liệu được lưu trữ trên SSD ở dạng nén mạnh. Khi thông tin được yêu cầu, thông tin đó sẽ được giải nén theo thời gian thực, khuếch đại hiệu quả tốc độ truyền dữ liệu thô của SSD.
Điều hấp dẫn duy nhất là bạn cần một bộ xử lý mạnh mẽ để giải nén, nhưng SSD hiện không có bộ xử lý như vậy. Hóa ra GPU rất giỏi trong việc thực hiện loại công việc này, vì vậy, bằng cách sử dụng API phần mềm (Giao diện lập trình ứng dụng) như DirectStorage của Microsoft và RTX IO của Nvidia, các thế hệ GPU gần đây có thể tăng tốc không chỉ đồ họa 3D mà còn cả hiệu suất của SSD.
Nhược điểm của SSD
SSD có nhiều thuộc tính đáng mơ ước nhưng công nghệ này không hoàn hảo. Một số khía cạnh của việc sở hữu SSD không hề dễ chịu như chúng tôi mong muốn.
SSD đắt hơn
Ổ cứng HDD đã giảm giá rất nhiều và lượng dữ liệu mà chúng có thể lưu trữ đã tăng lên đến mức mật độ điên cuồng. Kết quả là một gigabyte dữ liệu HDD có giá thấp hơn nhiều so với đèn flash NAND rẻ nhất.
Giá SSD đã giảm nhanh chóng trong vài năm qua, nhưng mọi người nhìn chung vẫn đang sử dụng các ổ SSD tương đối nhỏ trong phạm vi 256GB đến 512GB. SSD được dành riêng cho các ứng dụng và hệ điều hành, trong khi HDD vẫn có bộ lưu trữ dung lượng lớn cho các tệp phương tiện hoặc ứng dụng không được hưởng lợi từ tốc độ SSD.
Tin tốt là, giống như tất cả các công nghệ bán dẫn, mật độ bóng bán dẫn và quy trình sản xuất có xu hướng tăng theo cấp số nhân dẫn đến chi phí thấp hơn và lượng không gian đáng kể hơn. Hiện tại, hầu hết ngân sách đều yêu cầu kết hợp bộ lưu trữ SSD và HDD.
SSD có thể bị hao mòn
Mặc dù SSD rất bền và có thể chịu được nhiều va đập hơn so với HDD, đồng thời có thời gian hoạt động lâu hơn nhưng chúng lại bị hao mòn. Sự hao mòn của SSD xảy ra do việc ghi SSD vào các ô nhớ bị phá hủy. Mỗi khi một bit được ghi vào ô nhớ SSD, nó sẽ mất khả năng tích điện một chút.
Theo thời gian, việc ghi lặp đi lặp lại vào một ô sẽ khiến nó không thể hoạt động được. SSD SLC có thể xử lý số lần ghi lặp lại nhiều nhất trước khi chiên một ô nhất định, nhưng các ô MLC, TLC và QLC dễ bị tổn thương hơn theo thứ tự đó. SSD dành cho người tiêu dùng đời đầu có thể bị hỏng sớm một cách đáng báo động, nhưng các ổ đĩa ngày nay có các chiến lược như cân bằng độ hao mòn và cung cấp quá mức để kéo dài thời gian ghi của SSD.
Độ hao mòn của SSD là một chủ đề phức tạp, vì vậy hãy xem Mọi điều bạn cần biết về SSD Wear &Tear để có cuộc thảo luận chuyên sâu.
SSD có thể bị quay bit nhanh chóng
Tất cả các hình thức lưu trữ dữ liệu cuối cùng đều không thể xử lý được bit rot. Điều này xảy ra khi phương tiện lưu trữ xuống cấp đến mức không thể lưu giữ dữ liệu ở dạng có thể đọc được nữa.
Các phương tiện khác nhau bị hỏng bit vì nhiều lý do khác nhau, nhưng ổ cứng có thể được lưu trữ trong nhiều thập kỷ mà vấn đề thối bit không phải là vấn đề. Mặt khác, SSD có khả năng bị mất dữ liệu chỉ sau vài năm lưu trữ. Điều này xảy ra do sự xuống cấp của lớp cách điện giữ điện tích trong mỗi ô nhớ. Nếu số lượng rò rỉ ra ngoài, ô sẽ trống và không chứa dữ liệu!
Có vẻ như tình trạng hỏng bit xảy ra nhanh hơn nếu SSD được đặt trong môi trường quá nóng, nhưng dù thế nào đi nữa, chúng có thể không phải là lựa chọn tốt nhất để lưu trữ dữ liệu trong ngăn kéo ở đâu đó.
Khôi phục dữ liệu SSD khó đến không thể
Có một ngành công nghiệp phức tạp được xây dựng dựa trên nghệ thuật khôi phục dữ liệu từ ổ cứng cơ học. Nếu có đủ tiền chi tiêu, bạn thậm chí có thể khôi phục dữ liệu từ các ổ đĩa đã bị hỏng vì một chuyên gia sẽ xây dựng lại ổ đĩa từ các mảnh theo đúng nghĩa đen.
Ở mức độ thông thường hơn, bạn có thể khôi phục dữ liệu vô tình bị xóa vì ổ cứng HDD không xóa dữ liệu vật lý khi bạn xóa chúng trong Windows hoặc hệ điều hành khác. Thay vào đó, vùng ổ đĩa đó được đánh dấu đơn giản là sẽ bị ghi đè. Miễn là việc ghi đè chưa xảy ra, bạn có thể khôi phục nó bằng phần mềm đặc biệt.
SSD khiến bạn gần như không thể khôi phục được bất cứ thứ gì nếu ổ đĩa bị hỏng hoặc các tập tin bị xóa. Nếu ổ cứng HDD bị hỏng do xung điện, bạn vẫn có thể xây dựng lại nó bằng thiết bị điện tử ổ đĩa mới, nhưng vì ổ SSD hoàn toàn chạy bằng điện nên toàn bộ bộ nhớ có thể bị cháy.
Điều đó cũng không giúp ích được gì khi SSD có bộ điều khiển phức tạp có thể thực hiện nhiều việc với hệ điều hành dữ liệu vật lý mà chúng không biết đến. Ví dụ:lệnh TRIM được sử dụng bởi SSD SATA sẽ xóa trước các ô nhớ đã được đánh dấu xóa để tăng tốc quá trình ghi dữ liệu mới. Vậy thủ thuật phục hồi sẽ không có tác dụng với họ!
Mặc dù SSD không hoàn hảo nhưng chúng thể hiện bước nhảy vọt về hiệu suất ổ lưu trữ đến mức sự thống trị cuối cùng của chúng trên thị trường lưu trữ dường như là điều không thể tránh khỏi. Theo thời gian, chúng tôi hy vọng ngay cả SSD SLC cũng sẽ giảm giá, trong khi các loại SSD kém bền hơn sẽ trở nên thông minh hơn khi hạn chế hao mòn.
Công nghệ ổ cứng cũng có nhiều vấn đề trong những ngày đầu, nhưng chúng tôi có cảm giác rằng bất kỳ vấn đề nào mà SSD vẫn gặp phải sẽ được giải quyết trong thời gian kỷ lục.