Máy tính xách tay hiện đang theo xu hướng nhỏ gọn. Để giảm được trọng lượng, tăng thời gian dùng pin mà không bị giảm đáng kể hiệu năng thì bên cạnh việc sử dụng các dòng CPU điện thế thấp, thay thế ổ cứng cơ thông thường bằng ổ cứng dạng Flash (SSD - Solid State Drive) là một cải tiến đáng kể. SSD, tạm dịch là ổ đĩa dạng rắn, là thiết bị lưu trữ có chức năng tương tự như ổ cứng dạng cơ thông thường (HDD) và có thể dễ dàng thay thế trong bất kỳ thiết bị nào. Hạn chế tối đa các bộ phận rời, SSD luôn bền hơn về mọi mặt so với các ổ cứng cơ hiện tại nhờ giảm tối đa hư hỏng do cơ gây ra. Bên cạnh đó, SSD hoạt động cực kỳ êm, giảm thời gian tìm kiếm cũng như độ trễ (do không dùng đầu đọc) và tiêu thụ ít năng lượng hơn HDD.
Có 2 loại SSD là RAM SSD và Flash SSD. RAM SSD sử dụng bộ nhớ "volatile" tương tự như DRAM (Dynamic Random Access Memory), có tốc độ truy cập dữ liệu cực nhanh, dưới 0,01 mili giây (nhanh hơn HDD thông thường vài trăm lần), giúp tăng tốc ứng dụng đáng kể. Tuy nhiên, do sử dụng cấu trúc bộ nhớ "volatile" nên dữ liệu sẽ mất khi không được cấp điện vì vậy RAM SSD chỉ được sản xuất theo yêu cầu và được sử dụng trong những hệ thống chuyên biệt với giá rất cao. Bài này chủ yếu đề cập đến Flash SSD đang phổ biến trên thị trường hiện nay.
Flash
Flash là công nghệ bộ nhớ bán dẫn (transitor) trên nền silicon do Toshiba khởi xướng vào năm 1984. Bộ nhớ Flash được cấu thành và lưu trữ thông tin trong một dải các ô nhớ (memory cell). Tùy thuộc vào điện thế của transistor mà bộ nhớ Flash chia làm 2 dạng: Flash sử dụng tế bào đơn cấp (Single-level cell - SLC) và đa cấp (Multi-level cell - MLC). Tế bào đơn cấp chỉ có một cấp độ điện thế (5V) và chỉ lưu trữ được tối đa 1 bit dữ liệu, trong khi tế bào đa cấp có nhiều mức điện thế hơn và có thể lưu trữ ít nhất 2 bit dữ liệu, vì thế SLC-Flash nhanh và tiết kiệm điện hơn người anh em MLC-Flash của mình, tùy theo ứng dụng mà chúng được sử dụng cho các thiết bị lưu trữ khác nhau.
Công nghệ bộ nhớ Flash có 2 loại: NOR và NAND. Theo cấu trúc, NOR có các ô nhớ liên kết song song với nhau thành một hàng dữ liệu và được các trình điều khiển lưu trữ sử dụng bus ngoài dẫn địa chỉ trực tiếp tới từng ô nhớ để đọc dữ liệu, cách này tương tự như truy cập ngẫu nhiên của bộ nhớ máy tính và cho tốc độ đọc cao. Cấu trúc này cũng cho phép NOR có khả năng thực thi trực tiếp các đoạn mã ngay trong chính bộ nhớ mà không cần phải chép vào RAM, do đó NOR thường được sử dụng trong các ứng dụng firmware và BIOS.
Khác với NOR, bộ nhớ dạng NAND Flash không có đường dẫn trực tiếp cho phép truy cập ngẫu nhiên mà phải truy cập theo trang và xóa/ghi theo block (tương tự như sector của HDD), điều này làm giảm số kết nối của NAND giúp làm tăng tốc độ ghi/xóa so với NOR nhưng tốc độ đọc thì chậm hơn . Mỗi block trong NAND Flash chứa một số lượng trang nhất định với kích thước mỗi trang thông thường là 512, 2.048 và 4.096 byte, trong đó dành ra từ 12 đến 16 byte để lưu trữ các thông tin về phát hiện và sửa lỗi. NAND còn có trình điều khiển tích hợp bên trong giúp quản lý các block bị lỗi. Khi phát hiện 1 block bị lỗi, trình quản lý sẽ tiến hành đánh dấu và chuyển phần dữ liệu sang một block mới, đồng thời tiến hành sửa lỗi. Mỗi bộ nhớ NAND đều có chừa sẵn từ vài MB đến vài trăm MB tùy theo dung lượng chính dùng để dự trữ và thay thế các block lỗi và cho phép nhà sản xuất bán ra thị trường các bộ nhớ NAND cho dù chúng có block lỗi. Điều này giúp nhà sản xuất tăng lợi nhuận và giảm giá cho bộ nhớ NAND Flash. Mặc định, block đầu tiên luôn bảo đảm tránh được mọi hư hại có thể xảy ra, block này dùng để chứa thông tin phân vùng và trình quản lý block lỗi (và cả master boot record nếu dùng để khởi động). Bộ nhớ NAND Flash được ứng dụng rộng rãi cho các thiết bị lưu trữ thông dụng hiện nay như: USB Flash drive, các loại thẻ nhớ SD, CF...
 | | NOR VÀ NAND | |
Flash SSD
Flash SSD (F-SSD) sử dụng bộ nhớ NAND Flash "non-volatile" để lưu trữ dữ liệu. F-SSD có kích thước 2,5", 1,8" cho laptop và các thiết bị di động khác với giao tiếp ATA, SATA 150, SATA 300 và hoàn toàn có thể thực hiện các chức năng như HDD kể cả thiết lập RAID. Để phù hợp với môi trường ứng dụng trong công nghiệp, F-SSD có ngưỡng chịu nhiệt vào khoảng -45oC đến 85oC khá rộng so với HDD (5 – 60oC). F-SSD có khả năng chống sốc tốt và ít tiêu tốn năng lượng.
 |
Mtron, một trong những F-SSD nhanh
nhất hiện nay |
Ngoại trừ một số model siêu nhanh hiện nay (và giá cũng cao gấp nhiều lần) thì tốc độ ghi của phần lớn F-SSD thấp hơn ổ cứng thông thường khá nhiều. Tuy nhiên F-SSD có thời gian truy cập ngẫu nhiên khoảng 0,4ms đến 0,1ms - tức nhanh hơn từ 50 đến 80 lần so với một ổ cứng tốc độ 10.000 - 15.000rpm hiện tại, nhờ đó tăng tốc độ truy suất tập tin và ứng dụng đáng kể. Trong bảng kết quả thử nghiệm do website Tomshardware thực hiện, dễ nhận thấy F-SSD rất ổn định trong khi HDD có chênh lệch giữa tốc độ max và min rất lớn, thậm chí gấp đôi.
Trong thử nghiệm chép tập tin, ngoại trừ "siêu nhân" MemoRight 32GB SSD theo sát với Western, còn lại HDD đều vượt SSD. Ngược lại trong một số thử nghiệm về khả năng truy xuất cũng như khả năng đáp ứng yêu cầu trong một giây (I/O operations per second) thì SSD lại vượt lên bỏ xa HDD, đặc biệt trong ứng dụng web server.
Điều này cũng dễ hiểu vì F-SSD có truy cập ngẫu nhiên nhỏ hơn 0,4ms. Ta cũng nên lưu ý HDD dùng trong thử nghiệm là Western Digital VelociRaptor 10.000rpm 16MB cache, ổ cứng nhanh nhất hiện nay.
Trong thử nghiệm về tăng tốc ứng dụng như: tăng tốc khởi động Windows XP và Photoshop, SSD tiếp tục đi đầu với cách biệt đáng kể so với Western (gấp 5 lần trong khởi động XP và 2 lần trong Photoshop). Về mức tiêu thụ năng lượng dao động trong khoảng từ 0,5 đến 2,9W, thấp hơn nhiều so với mức tiêu thụ 5–20W của ổ cứng 2,5" và 3,5" có tốc độ 10.000-15.000rpm.
Một hệ thống kiến trúc x86 – 32bit có thể mở rộng hơn giới hạn 4GB bộ nhớ bằng cách đặt swap file và paging file lên SSD. Tuy tốc độ sẽ không nhanh như sử dụng bộ nhớ chính do bị hạn chế bởi băng thông "thắt cổ chai" nhưng vẫn cải thiện đáng kể so với đặt swap file và paging file lên HDD thông thường. SDHC – Giải pháp tạm thời
Thế hệ thẻ nhớ dung lượng cao SDHC (Secure Digital High Capacity) ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu lưu trữ và tốc độ ngày càng cao của các thiết bị cầm tay. SDHC thuộc họ SSD sử dụng bộ nhớ "non-volatile", kế thừa khả năng đọc và truy cập dữ liệu cực nhanh, với thời gian truy cập ngẫu nhiên khoảng 0,8ms, gần bằng F-SDD (0,4 – 0,1ms) và vẫn cao hơn dòng ổ cứng Western Raptor 15.000rpm (7ms) nhưng kích thước nhỏ hơn nhiều. SDHC nhanh nhất hiện nay có tốc độ trên 150x tức 22MB/s (1x = 150kB/s), lưu ý, tốc độ ghi luôn thấp hơn tốc độ đọc và không thể nào sánh với ổ cứng thông thường.
Có giá khá rẻ (khoảng 1/4 – 1/8 giá F-SSD), tốc độ khá cao, kích thước nhỏ gọn, tiêu tốn năng lượng thấp và nếu bạn chỉ quan tâm đến tính năng động và tăng tốc ứng dụng cho MTXT trong công việc văn phòng thì SDHC là lựa chọn thích hợp. Tuy nhiên, một trở ngại đối với SDHC chính là phụ thuộc vào tốc độ của bộ đọc trong MTXT.
Ứng dụng và hạn chế
Nhỏ, nhẹ, linh động, ít tiêu tốn năng lượng và chống sốc tốt là những ưu điểm tuyệt vời của công nghệ bộ nhớ Flash. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của công nghệ này là tuổi thọ bộ nhớ được tính bằng số vòng ghi thông tin. Một USB Flash drive thông thường được khoảng 100.000 đến 1.5 triệu vòng ghi tùy loại và đến giới hạn này sẽ không còn khả năng sử dụng nữa. Đối với Flash SSD và một số loại thẻ nhớ như CFHC và SDHC được tích hợp bộ điều khiển quản lý dữ liệu bên trong để khắc phục nhược điểm này, công nghệ Wear Leveling cho phép sắp xếp dữ liệu xóa/ghi trên mỗi sector nhờ đó kéo dài thời gian sử dụng cho Flash drive. Đây chính là khác biệt lớn nhất giữa USB flash drive và Flash SSD, SDHC, CF card.
Một trong những MTXT sử dụng SSD đầu tiên là XO Laptop trong dự án One Laptop Per Child, sử dụng F-SSD 1 GB. Kế đến, Asus tung ra Eee PC với Flash SSD 2GB đến 8GB và đã thành công rực rỡ. Hiện tại, các MTXT siêu mỏng đang có khuynh hướng sử dụng F-SSD dung lượng cao (32GB trở lên) như Mac Book Air, Lenovo X300, Dell Latitude D430... Tuy nhiên, giá thành của một F-SSD có dung lượng bằng 1 /10 HDD thông thường lại có giá cao gấp nhiều lần. Tại thời điểm bài viết này, giá 1 Flash SSD 16GB trung bình khoảng 320USD, trong khi 1 HDD 80GB giá khoảng 45USD. Ngay các ổ F-SSD và SDHC cũng có thể khác biệt nhiều về tốc độ cũng như mức tiêu thụ năng lượng do phụ thuộc vào công nghệ Flash và các công nghệ phụ thêm mà nhà sản xuất áp dụng vào sản phẩm của mình, cho nên bạn cũng đừng quá ngạc nhiên khi thấy giá cả chênh lệch nhau khá lớn. Đây cũng là bất lợi cho người dùng khi không biết chọn loại SSD nào, nhà sản xuất thường vì lí do bảo mật nên không chịu cung cấp đặc tính kỹ thuật cụ thể về sản phẩm của mình. Lời kết
Hiện tại, giá F-SSD đã giảm đáng kể, tuy nhiên vẫn còn khá cao nên chưa phổ biến trong mảng máy tính cho người dùng thông thường. Nếu bạn muốn tăng tính năng động và tốc độ cho bộ máy của mình mà không ngại chi phí thì F-SSD là lựa chọn không thể bỏ qua. Tuy nhiên nếu ngại việc "phẫu thuật" MTXT (sẽ mất chế độ bảo hành) và tính đến yếu tố tài chính thì SDHC đáng được quan tâm. Các nhà sản xuất máy tính cho rằng với tốc độ phát triển công nghệ Flash như hiện nay, cũng như xu hướng sản xuất máy tính tiết kiệm năng lượng thì đến cuối năm họ có thể sử dụng Flash SSD trong các dòng máy tính để bàn và MTXT phổ thông.
Quốc Khánh