Ổ cứng SSD với công nghệ chip nhớ SLC, MLC, TLC, QLC và PLC là gì?

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.

Ổ cứng SSD SLC (Single-layer cell)

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.

Ổ cứng SSD MLC (Multi-layer cell)

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.

• SATA III

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.

• NVMe

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.

• M.2

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.