Mặt trái tiềm ẩn của ổ SSD giá rẻ mà không ai cảnh báo bạn

[T-X]

Trong bối cảnh tình trạng thiếu hụt RAM đang trở thành tâm điểm chú ý ở khắp mọi nơi, đây là những câu hỏi quan trọng cần được giải đáp.

Nếu bạn từng xem các bài đánh giá SSD NVMe trực tuyến, có lẽ bạn đã nhận thấy một số bài đánh giá đề cập đến việc các ổ đĩa này có DRAM bên trong. Và có lẽ bạn đã tự hỏi - tại sao SSD lại có RAM?

Thực tế cho thấy, điều này không chỉ phổ biến mà còn rất quan trọng. Sau đây là lý do.

1. Tại sao ổ SSD của tôi lại có RAM?

Trên thực tế, DRAM là một phần khá quan trọng của ổ SSD, nếu bạn có nó. Và nó thực sự phục vụ một mục đích hơi khác so với RAM trong các khe cắm RAM của máy tính. Có lẽ chức năng quan trọng nhất của DRAM trên SSD là lưu trữ bảng ánh xạ "logic sang vật lý", hay còn gọi là lớp dịch. Khi hệ điều hành lưu một tệp, nó sẽ gán cho tệp đó một địa chỉ logic, nhưng SSD không lưu trữ tệp đó theo tuyến tính; thay vào đó, nó phân tán dữ liệu trên nhiều chip flash NAND vật lý khác nhau để tối đa hóa tốc độ. Nếu không có bộ nhớ đệm DRAM chuyên dụng, bộ điều khiển SSD sẽ buộc phải tìm kiếm trong bộ nhớ flash NAND chậm hơn mỗi khi cần định vị một tệp, tạo ra nút thắt cổ chai làm tăng đáng kể độ trễ và dẫn đến trải nghiệm người dùng chậm chạp. Trong khi đó, bằng cách lưu trữ bản đồ đó trong DRAM tốc độ cao, bộ điều khiển có thể tra cứu vị trí dữ liệu gần như ngay lập tức.

Bộ nhớ DRAM trong SSD của bạn cũng đóng vai trò là bộ đệm quan trọng cho các thao tác ghi, hoạt động như một vùng lưu trữ tạm thời cho dữ liệu đến. Vì bộ nhớ flash NAND có các quy tắc nghiêm ngặt về cách ghi và xóa dữ liệu, việc ghi các khối dữ liệu nhỏ trực tiếp vào flash là không hiệu quả và gây hư hại. Bộ nhớ đệm DRAM cho phép SSD tạm thời lưu giữ các thao tác ghi nhỏ, ngẫu nhiên này và nhóm chúng thành các khối lớn hơn, tuần tự trước khi lưu trữ vĩnh viễn. Quá trình này, thường được gọi là hợp nhất ghi, làm giảm đáng kể "khuếch đại ghi", một hiện tượng trong đó ổ đĩa thực hiện nhiều thao tác ghi nội bộ hơn mức bạn thực sự yêu cầu. Và bằng cách giảm thiểu tần suất của các chu kỳ xóa và ghi này, bộ nhớ đệm DRAM bảo vệ các ô NAND khỏi bị hao mòn không cần thiết.

Việc loại bỏ DRAM giúp giảm chi phí sản xuất (đặc biệt là hiện nay), nhưng sự hiện diện của nó lại là yếu tố khác biệt quan trọng, đảm bảo SSD hoạt động với tốc độ cao ổn định và chịu được nhiều năm sử dụng cường độ cao mà không bị hỏng sớm.

2. Vậy SSD không có DRAM hoạt động như thế nào?

Mặc dù có DRAM là một điều rất tốt, nhưng về mặt kỹ thuật, nó cũng là tùy chọn. Không phải tôi khuyên bạn nên bỏ qua nó, đặc biệt nếu bạn có thể mua được ổ SSD có DRAM, nhưng cũng có những ổ SSD không có DRAM trên thị trường. Những ổ này bù đắp cho sự thiếu hụt bộ nhớ tích hợp chủ yếu thông qua một tính năng gọi là Host Memory Buffer (HMB). Được giới thiệu cùng với chuẩn NVMe 1.2, HMB cho phép SSD mượn một phần nhỏ RAM hệ thống của máy tính—thường ít hơn 100MB—để lưu trữ bảng ánh xạ địa chỉ quan trọng. Thay vì dựa vào chip DRAM chuyên dụng trên chính ổ đĩa, bộ điều khiển sẽ truy cập vào bản đồ "mượn" này trong bộ nhớ hệ thống thông qua bus PCIe.

Điều này làm tăng thêm một chút độ trễ so với DRAM tích hợp (có thể dẫn đến hoặc không dẫn đến suy giảm hiệu năng, tùy thuộc vào cấu hình của bạn), nhưng nó nhanh hơn đáng kể so với việc đọc bản đồ từ bộ nhớ flash NAND chậm chạp của SSD, giúp ngăn ổ đĩa bị treo trong quá trình thao tác tập tin phức tạp.

Về việc ghi dữ liệu vào ổ đĩa, chúng dựa vào bộ nhớ đệm SLC. Các ổ SSD hiện đại thường sử dụng bộ nhớ flash TLC hoặc QLC, lưu trữ nhiều bit trên mỗi ô và có tốc độ ghi tương đối chậm. Để bù lại, bộ điều khiển lập trình một phần bộ nhớ này hoạt động như bộ nhớ flash Single-Level Cell (SLC), chỉ lưu trữ một bit trên mỗi ô nhưng nhanh hơn nhiều. Dữ liệu đến được ghi nhanh vào vùng "pseudo-SLC" này trước, hoạt động như một bộ đệm tốc độ cao. Và trong những lúc rảnh rỗi, ổ đĩa sẽ âm thầm di chuyển dữ liệu này đến các vùng lưu trữ vĩnh viễn, chậm hơn.

Nếu bộ nhớ đệm này đầy trong quá trình truyền tải tập tin lớn, tốc độ ổ đĩa sẽ giảm mạnh xuống tốc độ gốc của bộ nhớ flash chậm (vì ổ đĩa đang phải thực hiện một số thao tác phức tạp để bù đắp cho việc thiếu DRAM), nhưng đối với hầu hết các tác vụ hàng ngày, sự kết hợp giữa bộ nhớ đệm HMB và SLC này có thể che giấu hiệu quả một số hạn chế của phần cứng.

3. Tôi có nên mua ổ cứng có DRAM không?

Thực tế thì điều đó phụ thuộc vào mục đích sử dụng ổ cứng và ngân sách cụ thể của bạn. Khoảng cách giữa SSD có DRAM và SSD không có DRAM đã thu hẹp trong thời gian gần đây, nhưng điều đó gần như chắc chắn sẽ không kéo dài khi tình trạng thiếu RAM toàn cầu sắp ảnh hưởng đến hầu hết các thiết bị điện tử của chúng ta.

Nếu bạn định dùng ổ cứng làm ổ chính, bạn nên mua loại có DRAM. Suy cho cùng, hệ điều hành của bạn liên tục thực hiện hàng ngàn thao tác nhỏ trong nền. DRAM xử lý lưu lượng truy cập tệp nhỏ này mượt mà hơn nhiều, giúp máy tính hoạt động nhanh hơn. Và vì bộ nhớ đệm DRAM hấp thụ nhiều thao tác ghi nhỏ, nó làm giảm sự hao mòn của bộ nhớ flash, giúp ổ cứng có tuổi thọ cao hơn.

Tuy nhiên, nếu bạn chỉ cần một nơi để lưu trữ ảnh, phim hoặc tài liệu, bạn sẽ không nhận thấy sự khác biệt. Tốc độ đọc tuần tự (mở một tập tin video lớn) thường nhanh như nhau trên các ổ đĩa không có DRAM. Tương tự, nếu bạn đang đọc bài viết này vào thời điểm mà SSD có DRAM đã bắt đầu tăng giá, thì bạn không có nhiều lựa chọn ngoài việc sử dụng ổ đĩa không có DRAM. Chúng ta đang sống trong thời kỳ khá hỗn loạn.