Công nghệ Triple-Level Cell sẽ được các hãng sản xuất ứng dụng cho những mẫu ổ thể rắn SSD mới trong thời gian tới với hiệu năng cao nhưng giá cả phải chăng.
Khi ổ SSD trở nên phổ biến hơn trên thị trường, người dùng đã có nhiều sự lựa chọn đa dạng với giá bán ngày một cạnh tranh. SSD TLC với ưu thế chi phí thấp mà đổi lại hiệu năng cao đang dần thay thế ổ SSD sử dụng chip nhớ MLC, vốn đang là xu thế chỉ đạo trên thị trường. Chuẩn bộ nhớ flash NAND TLC thực ra đã ra đời từ sớm, song chúng chỉ được ứng dụng chủ yếu trong USB hay thẻ nhớ… Khi công nghệ ngày càng tiến bộ, SSD cũng bắt đầu thay đổi chính mình và chuyển sang sử dụng chuẩn bộ nhớ NAND TLC.
Chuẩn bộ nhớ TLC là gì?
TLC hẳn sẽ không lạ lẫm với người dùng điện thoại iPhone, khi mẫu iPhone 6 đã bắt đầu sử dụng chip nhớ này và từ đó gây ra một làn sóng làm thay đổi thị trường nhưng vẫn còn nhiều sự nghi hoặc. Với sự thay đổi của các trình điều khiển và iPhone 6S sau này được trang bị bộ nhớ đệm lớn hơn, mối nghi ngờ của người dùng dần biến mất.
| Cấu trúc của 4 công nghệ chip nhớ flash NAND. |
Về cơ bản, có 4 loại kiến trúc công nghệ chip nhớ flash NAND: đầu tiên là SLC [Single-level cell], tiếp đến là MLC [Multi-level cell], TLC [Triple-level cell] và cuối cùng là QLC [Quad-level cell]. Điểm khác nhau cơ bản của chúng nằm ở khả năng chứa được bao nhiêu bit trên mỗi ô nhớ [cell].
Tuổi thọ của ổ SSD TLCTrước khi nói về độ bền của TLC, đầu tiên chúng ta cần nhắc lại vấn đề của ổ SSD. Thành phần quan trọng cấu tạo nên SSD chính là chip nhớ flash NAND và chính các chip nhớ này ảnh hưởng đến tuổi thọ của ổ SSD. Dựa trên cấu trúc chip nhớ flash NAND, dữ liệu tồn tài khi được lưu trữ trong các ô dữ liệu chồng lên nhau trong các lớp cách điện.
| So sánh tuổi thọ 4 công nghệ chip nhớ. |
Chu kỳ ghi và xóa dữ liệu diễn ra liên tục. Dữ liệu cần phải đi qua 1 lớp cách điện và điện tích đi qua sẽ phân hủy dần lớp cách điện đó. Sau một số lượng chu kỳ nhất định, lớp cách điện này sẽ mất hoàn toàn. Đó là lý do tồn tại khái niệm P/E [chu kỳ ghi/xóa dữ liệu] và tuổi thọ của ổ SSD dựa vào chu kỳ đó.Đối với hầu hết người dùng đang đặt câu hỏi về độ bền của TLC, mối quan tâm của họ chính là việc tuổi thọ của TLC ngắn hơn MLC. Điều này quá rõ ràng bởi TLC có khả năng ghi 3bit/cell và nó cần tới 8 mức trạng thái điện áp, so với SLC là 2 mức [1bit/cell] và MLC là 4 mức [2bit/cell]. Các mức điện áp càng nhiều thì lớp cách điện phân hủy càng nhanh.
Cách sử dụng ổ SSD tốt nhất
Từ những điều rút ra ở trên, chúng ta có thể thấy rằng SLC, MLC hay TLC đều có một tuổi thọ dự kiến nhất định, miễn là flash NAND hoạt động liên tục. Sớm hay muộn thì ngưỡng tuổi thọ cuối cùng cũng sẽ chạm tới. Giống như một mảnh giấy, nó chỉ có thể bị cục tẩy xóa đi xóa lại một số lần nhất định.
Một số người có thể hỏi tại sao không sử dụng ổ cứng sử dụng đĩa cơ truyền thống [HDD] vì ổ cứng truyền thống không có những hạn chế về chu kỳ P/E nói trên? Kết cấu cơ khí của ổ cứng HDD truyền thống chính là rào cản khiến tốc độ của chúng chỉ bằng 1/5 so với SSD. Chúng rất nặng và cồng kềnh, lại ồn ào, có thể dễ dàng bị hư hỏng khi va đập mạnh. Trong khi đó, ổ SSD nhanh hơn, nhẹ hơn, êm hơn và khả năng chống va đập tốt hơn.
Từ đó, SSD trở thành xu hướng chủ đạo trên thị trường lưu trữ hiện nay. Tương tự như thị trường điện thoại di động, trong khi điện thoại di động truyền thống [feature phone] rất bền, nhưng với sự tiến bộ trong công nghệ và nhu cầu của người dùng về tốc độ, thì điện thoại thông minh dần [smartphone] ít bền hơn vẫn dần trở thành tiêu chuẩn phát triển.
Không quan trọng bạn lưu trữ bằng SSD hay HDD, ổ thể rắn SSD luôn là một ý tưởng tốt để sao lưu dữ liệu một cách thường xuyên. Ngoài ra, nếu muốn kéo dài tuổi thọ của SSD, ngoài việc tránh sử dụng các chương trình đòi hỏi SSD làm việc liên tục, bạn có thể cài đặt các phần mềm chuyên dụng để mở rộng giới hạn tuổi thọ của SSD.
Cải thiện độ bền cho công nghệ TLC
TLC sẽ là sự thay thế xứng đáng cho MLC, trở thành tiêu chuẩn chủ đạo trên thị trường chip nhớ. Có thể nhiều người dùng đang lo lắng cho tuổi thọ của TLC, nhưng nên nhớ rằng khi MLC ra đời, người dùng cũng có những quan ngại tương tự khi so sánh tuổi thọ với SLC.
Tuy nhiên, với thị phần SSD ngày một tăng cao, thời gian đã xóa đi những hoài nghi về tuổi thọ đó. Năm ngoái, một số ít nhà sản xuất đã thử nghiệm các mẫu SSD TLC, nhưng họ chưa nhận được sự tín nhiệm của người dùng. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ flash NAND, SSD TLC chắc chắn sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong tương lai gần.
| Plextor tiên phong trong công cuộc cải thiện độ bền SSD TLC. |
Trong năm qua, hãng Plextor đã tập trung toàn bộ công tác nghiên cứu của mình vào việc cải thiện tuổi thọ của SSD TLC. Bằng cách sử dụng chip flash NAND TLC chất lượng cao, lựa chọn trình điều khiển thích hợp nhất và kết hợp cùng các phần mềm chăm sóc độc quyền, Plextor cam kết gia tăng độ bền của SSD TLC lên một mức độ cao hơn.Ngay thời điểm hiện tại, Plextor đang chuẩn bị tung ra thị trường loạt SSD TLC đầu tiên với chu kỳ P/E lên tới 2.000 lần, cao hơn gấp đôi so vơi mức P/E trung bình của TLC thông thường [500-1.000 lần], đảm bảo được tuổi thọ dài lâu cho sản phẩm.
Ngoài ra, ổ SSD TLC của Plextor có thể sử dụng với phần mềm PlexTurbo. Cài đặt PlexTurbo sẽ không chỉ cải thiện tốc độ đọc/ghi của ổ SSD, quan trọng hơn nó sẽ làm giảm số lượng truy cập ghi không cần thiết. Điều này rất có lợi cho SSD TLC với số lần ghi ít hơn, nâng cao chu kỳ P/E và kéo dài tuổi thọ cho SSD.
Ổ cứng SSD ngày càng phổ biến trong các máy tính, với những ưu điểm của chúng ổ cứng SSD dần thay thế ổ HHD trong vai trò khởi động [cài Win] và lưu trữ. Giá của ổ cứng SSD đã giảm đáng kể so với thời điểm mới ra mắt. Vậy điều gì làm cho giá SSD giảm đi? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết này nhé.
Khác với ổ cứng truyền thống, ổ cứng SSD không lưu dữ liệu trên các phiến đĩa và hoàn toàn không sử dụng đầu đọc. Thay vào đó, dữ liệu sẽ được lưu trên các chip nhớ kiến trúc NAND hay còn được biết đến dưới tên gọi flash NAND. Cấu tạo của flash NAND bao gồm nhiều bóng bán dẫn [transitor] đặc biệt có tên gọi floating gate transistor, được thiết kế để có thể giữ nguyên trạng thái cả khi không cấp nguồn. Đây cũng là điểm khác biệt với chip flash dùng trong bộ nhớ DRAM, vốn cần phải làm tươi nhiều lần mỗi giây và không lưu dữ liệu khi mất nguồn.
Hai thành phần quan trọng nhất quyết định hiệu suất SSD là flash NAND và vi mạch điều khiển hay còn gọi controller. Có 5 công nghệ flash NAND hiện đang sử dụng trong SSD là SLC [single-level cell], MLC [multi-level cell] và TLC [triple-level cell], Quad-Level Cell [QLC] và PLC [Penta-level cell]. Trong đó, SLC, MLC và TLC là các công nghệ flash NAND hiện đang sử dụng phố biến nhất trong ổ SSD. Sự khác nhau giữa các công nghệ này là mật độ bit dữ liệu chứa trong chip nhớ, độ trễ và độ bền dựa theo chu kỳ ghi xóa [P/E cycle]. Và điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng tổng thể của SSD.
Đây là loại SSD cơ bản nhất, thường xuyên được các doanh nghiệp sử dụng. Mỗi ô nhớ trong NAND SLC chỉ chứa một bit dữ liệu, 0 hoặc 1. Tuy nhiên nó lại có nhiều điểm mạnh: tốc độ nhanh nhất, độ trễ thấp nhất, độ bền sử dụng cao [dựa trên chu kỳ ghi xóa] và ít xảy ra lỗi. Vậy nên có thể nói SLC là loại ổ cứng đáng tin cậy nhất trong số “anh em” nhà SSD.
SLC được dùng phổ biến trong môi trường doanh nghiệp, nơi mà rủi ro mất dữ liệu phải ở tỷ lệ thấp, và độ bền của SLC chính là thứ mà các công ty quan tâm lựa chọn. Ổ cứng SLC thường đắt hơn và không phổ biến trên thị trường. Trên Amazon, SSD SLC enterprise 128GB có giá bán gần bằng với SSD dung lượng 1TB sử dụng chuẩn NAND TLC.
Với trường hợp SSD SLC phiên bản dành cho người tiêu dùng bình thường, thì có thể nó sử dụng một loại công nghệ NAND và bộ nhớ cache SLC lớn nhằm cải tiến hiệu suất phù hợp với đối tượng khách hàng.
Cái tên multi-layer có lẽ không chính xác để mô tả loại SSD này, bởi mỗi ô nhớ của nó chỉ chứa được tối đa 2 bit 0 và 1 chứ không quá nhiều. SSD MLC có tốc độ chậm hơn so với SLC bởi nó cần nhiều thời gian để ghi 2 bit vào ô nhớ. Đồng thời độ bền và độ tin cậy của nó cũng không được đánh giá cao như SLC bởi quá trình ghi dữ liệu vào flash NAND xảy ra thường xuyên hơn. SSD MLC khá ít trên thị trường, và dung lượng ổ cứng cao nhất bạn có thể mua được là 512GB.
Ổ cứng SSD TLC [Triple-layer cell]
SSD TLC sẽ chứa được tối đa 3 bit trong mỗi ô nhớ. Đây là loại ổ đĩa thể rắn thông dụng nhất hiện nay.
TLC có không gian bộ nhớ lưu trữ lớn hơn nhiều so với SLC và MLC trong cùng kích thước vật lý, hay thậm chí là nhỏ hơn, và tất nhiên nó phải hi sinh các yếu tố về tốc độ, độ bền và độ tin cậy. Điều này không có nghĩa là ổ TLC không tốt. Thực tế, đây là phần cứng tốt nhất mà bạn có thể mua ngay bây giờ, với mức giá giảm sâu và chỉ với vài trăm nghìn đồng, bạn đã có một ổ đĩa SSD TLC 128GB chất lượng tốt. Và đừng quá lo lắng về độ bền của loại SSD này, bởi tuổi thọ của chúng thông thường là vài năm.
Ổ cứng SSD QLC [Quad-level cell]
Ổ cứng SSD Quad-Level Cell [QLC] có thể ghi 4 bit trên mỗi ô nhớ. Vì vậy loại SSD này sẽ chứa được nhiều dữ liệu hơn so với những cái tên đã được nhắc đến ở trên, nhưng hiện nay nó hưởng lớn đến hiệu suất ổ cứng. Đặc biệt khi tải file lớn trên 40GB, bộ nhớ cache sẽ nhanh chóng hết. Đây có thể là một vấn đề ngắn hạn vì các nhà sản xuất đang cố gắng để tối ưu hóa QLC.
Độ bền cũng là một nhược điểm lớn của QLC. SSD phân khúc bình dân Crucial P1 QLC NVMe chỉ đạt mức 100TBW với phiên bản 500GB, và 200TBW với 1TB. Mặc dù con số này khá thấp nếu so sánh với TLC, nhưng cũng là lựa chọn phù hợp cho mục đích sử dụng thông thường.
Ổ cứng SSD PLC [Penta-level cell]
Toshiba đã đề cập đến ổ cứng PLC vào cuối tháng 8/2019 và một tháng sau đó, Intel tuyên bố tham gia vào cuộc chơi NAND PLC. Với khả năng chứa lên đến 5 bit trong mỗi ô nhớ, SSD PLC được hi vọng sẽ có dung lượng cao hơn và giá thành rẻ hơn các loại SSD hiện tại. Tuy nhiên, chúng có cùng vấn đề như ổ cứng TLC và QLC khi nói đến độ bền và hiệu suất.
Hiện tại ổ cứng SSD PLC này đang trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm. Hãy đợi những công bố và đánh giá từ nhà sản xuất hay các chuyên gia hay về ổ cứng này.
Công nghệ liên quan đến ổ cứng SSD
Công nghệ 3D NAND
Các nhà sản xuất NAND trước đây đã cố gắng đặt các ô nhớ NAND gần nhau trên một mặt phẳng, giúp tối giản kích thước và làm tăng dung lượng của SSD. Tuy nhiên sau đó lại xuất hiện nhược điểm mới, khi các bộ nhớ flash bắt đầu mất độ tin cậy bởi các ô nhớ đặt quá gần nhau. Để cải thiện điều này, nhà sản xuất bắt đầu đặt các ô nhớ chồng lên nhau, giúp gia tăng mật độ và dung lượng bộ nhớ lên rất nhiều. Vậy nên loại SSD này thường được gọi là 3D NAND, hay NAND dọc [vertical NAND, V-NAND]. Tuy nhiên việc làm này chỉ có hiệu quả ở một mức nào đó vì việc để ô nhớ gần nhau làm giảm độ tin cậy của ổ cứng.
Công nghệ wear leveling
SSD ở trạng thái còn mới sẽ có tốc độ đọc và ghi rất nhanh, nhưng sau một thời gian sử dụng sẽ bị giảm đi đáng kể, nguyên nhân đến từ sự xuống cấp của các ô nhớ bên trong SSD. Để giữ các ổ đĩa ở trạng thái tốt trong thời gian dài hơn, các nhà sản xuất đã tích hợp công nghệ wear leveling, cho phép ghi dữ liệu vào càng nhiều ô nhớ càng tốt. Thay vì luôn ghi trực tiếp một block vào một vị trí nhất định của ổ cứng, thì wear leveling sẽ phân phối quá trình ghi ra đều nhau, đảm bảo mức độ hao mòn của các ô nhớ là như nhau.
Bộ nhớ cache
Mọi SSD đều được tích hợp bộ nhớ đệm [cache] để lưu trữ dữ liệu tạm thời trước khi chính thức ghi vào ổ. Các bộ nhớ cache này đóng vai trò quan trọng nhằm tăng hiệu suất SSD và thường được tích hợp trong các loại ổ đĩa NAND SLC hoặc MLC. Khi bộ nhớ cache đầy, hiệu năng ổ đĩa SSD sẽ có thể giảm đi đáng kể – đặc biệt đúng với một số loại ổ TLC và QLC.
Đây là chuẩn kết nối phổ biến của các loại SSD chuyên sử dụng cho PC. ổ cứng SSD SATA III có tốc độ đọc ghi lên đến 600MB/s.
Là chuẩn kết nối của SSD với bo mạch chủ thông qua giao tiếp PCI Express [PCle] cho tốc độ rất nhanh. Các ổ đĩa NVMe tiêu chuẩn hiện tại nhanh hơn khoảng ba lần so với SATA III.
Thiên về yếu tố hình thức [kích cỡ vật lý, cấu trúc và thiết kế] của ổ cứng NVMe. Chúng thường được gọi là “thanh kẹo cao su” bởi chúng nhỏ gọn và khá vuông vức, có thể lắp vừa các khe có cấu tạo đặc biệt trên hầu hết các bo mạch chủ hiện đại ngày nay.