Ngày nay, tất cả mọi người từ game thủ, người biên tập video cho đến giám đốc điều hành các công ty khởi nghiệp phần mềm tung ra ứng dụng trên đám mây đều yêu cầu các giải pháp nhanh hơn để lưu trữ dữ liệu. Lý do rất đơn giản: Công nghệ lưu trữ tốt hơn có nghĩa là môi trường điện toán nhanh hơn, hiệu suất cao hơn. Đối với game thủ, điều này có nghĩa là thời gian trễ sẽ ít hơn; đối với người chỉnh sửa, điều đó có nghĩa là video hiển thị ngắn hơn; và đối với các doanh nghiệp, điều đó có nghĩa là họ có thể chạy khối lượng công việc nhanh chóng và suôn sẻ trên đám mây. 

Thật không may, việc lựa chọn giải pháp phù hợp có thể khó khăn. Những thuật ngữ xa lạ, thông số kỹ thuật phức tạp và vô số lựa chọn tiềm năng đang làm vẩn đục vùng biển. Để giúp thu hẹp phạm vi và giúp người dùng tìm ra giải pháp phù hợp với nhu cầu của họ, chúng tôi đang xem xét hai công nghệ lưu trữ dữ liệu phổ biến nhất hiện có: NVMe và SATA.

• NVMe (bộ nhớ không bay hơi nhanh) là một giao thức để truyền dữ liệu song song ở mức độ cao với chi phí hệ thống giảm trên mỗi đầu vào/đầu ra mỗi giây (I/O hoặc iops) được sử dụng trong lưu trữ flash và ổ cứng thể rắn (SSD).
• SATA (Đính kèm công nghệ tiên tiến nối tiếp) là một giao thức quy định cách di chuyển dữ liệu giữa máy tính và thiết bị lưu trữ, chẳng hạn như ổ đĩa cứng (HDD).

Cả giao thức NVMe và SATA đều hỗ trợ SSD, một công nghệ đang thay thế ổ cứng HDD, trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho các ứng dụng tiêu dùng và chuyên nghiệp cũng như khối lượng công việc của doanh nghiệp trong thập kỷ qua. Không giống như ổ cứng HDD vốn có độ trễ và thời gian truy cập, SSD hoạt động dựa vào bộ nhớ flash và không có bộ phận chuyển động, khiến chúng nhanh hơn nhiều.

Ổ đĩa thể rắn (SSD) là gì?

SSD là thiết bị lưu trữ dựa trên chất bán dẫn dựa vào bộ nhớ flash để lưu trữ dữ liệu liên tục trong hệ thống máy tính. Không giống như bộ lưu trữ từ tính (chẳng hạn như ổ cứng HDD và ổ đĩa mềm) lưu trữ dữ liệu bằng nam châm, ổ lưu trữ thể rắn sử dụng chip NAND, một công nghệ lưu trữ ổn định không cần nguồn điện để duy trì dữ liệu. Theo một báo cáo gần đây của Gartner (liên kết nằm bên ngoài ibm.com), SSD hiện đang vượt qua HDD để trở thành tiêu chuẩn ngành được ưa chuộng cho khối lượng công việc dữ liệu có cấu trúc.

NVMe là gì?

NVMe (non-volatile Memory Express) là giao thức truy cập và truyền tải lưu trữ dữ liệu dành cho SSD giúp truyền tải thông lượng tốt hơn và thời gian phản hồi nhanh hơn so với các đối thủ cạnh tranh. Nó được xây dựng cho phương tiện lưu trữ ổn định, hiệu suất cao, khiến nó trở thành một giải pháp tuyệt vời cho các môi trường điện toán đòi hỏi khắt khe nhất hiện nay.

NVMe có thể triển khai khối lượng công việc doanh nghiệp với dung lượng cơ sở hạ tầng nhỏ hơn và ít điện năng hơn so với Giao diện hệ thống máy tính nhỏ (SCSI.) được sử dụng rộng rãi. Ổ NVMe có thể mang lại thời gian phản hồi tốt hơn so với ổ cứng HDD nhờ những cải tiến đối với trình điều khiển thiết bị, cho phép xử lý song song và kiểm tra vòng, đồng thời giúp giảm thiểu độ trễ để tránh tắc nghẽn CPU.

Công nghệ lưu trữ NVMe được thiết kế để thay thế các giao thức Serial Advanced Technology Attachment (SATA) và Serial Attached SCSI (SAS) vốn là tiêu chuẩn ngành cho đến khi NVMe được giới thiệu vào năm 2011. Ngoài việc cải thiện dung lượng lưu trữ dữ liệu và công nghệ truyền tải, NVMe còn góp phần vào sự phát triển của các công nghệ quan trọng khác đang phát triển cùng thời gian, bao gồm cả Internet of Things (IOT), trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML).

Bus kết nối thành phần ngoại vi (PCIe)

Một trong những khác biệt quan trọng nhất giữa SSD NVMe và SSD SATA là SSD NVME sử dụng bus Kết nối thành phần ngoại vi (PCIe) để truy cập bộ lưu trữ flash. Tính năng này cho phép SSD NVMe loại bỏ bộ điều khiển “trung gian”, giúp giảm độ trễ. Tuy nhiên, NVMe cũng có thể chạy trên bất kỳ loại kết nối “kết cấu” nào—chẳng hạn như Fibre Channel và Ethernet—và trong Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER và NVMe-TCP.

Hàng đợi lệnh song song

Không giống như các ổ đĩa sử dụng giao thức SCSI chỉ có thể triển khai một hàng đợi lệnh duy nhất, SSD NVMe có thể chạy hàng chục nghìn hàng đợi lệnh song song cùng một lúc. Với SSD NVMe, phương thức kết nối độc lập với giao thức; ví dụ: đầu nối NVMe PCIe có thể truy cập vào một ổ đĩa thông qua liên kết PCIe chạy giao thức NVMe.

ổ đĩa m.2 NVMe

SSD M.2 là một dạng hoặc đầu nối được sử dụng trong SSD. Mặc dù thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho NVMe nhưng thực tế chúng là hai loại công nghệ lưu trữ khác nhau. Trong khi NVMe gắn vào khe cắm PCIe trên bo mạch chủ, giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu, thì SSD m.2 NVMe là một dạng vật lý cho phép lưu trữ hiệu suất cao trong các thiết bị nhỏ, hạn chế về điện năng, chẳng hạn như máy tính xách tay và máy tính bảng siêu mỏng.

SATA là gì?

Trong thập kỷ rưỡi qua, SATA (Đính kèm công nghệ nâng cao nối tiếp) là giao diện phổ biến nhất để di chuyển dữ liệu giữa bảng mạch của máy tính và thiết bị lưu trữ bên trong hoặc bên ngoài. Cho đến gần đây, hầu hết tất cả máy tính để bàn và máy tính xách tay đều có phần cứng tương thích với SATA. Tuy nhiên, với sự phổ biến ngày càng tăng của SSD và sự phát triển của công nghệ NVMe được thiết kế dành riêng cho chúng, mức độ phổ biến của SATA đã bắt đầu suy yếu trong những năm gần đây.

SATA được phát hành vào năm 2003 dưới dạng cải tiến của Parallel Advanced Technology Attachment (PATA), một tiêu chuẩn công nghiệp dành cho đĩa mềm bên trong, ổ cứng HDD và ổ đĩa quang. Khi các thông số kỹ thuật của giao thức SATA được xuất bản lần đầu tiên vào năm 2003, ngay lập tức người ta thấy rõ rằng nó có một số ưu điểm chính so với giao diện PATA, bao gồm những ưu điểm sau:

• Tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn cho phép giảm thời gian tải chương trình và tài liệu cũng như chất lượng hình ảnh tốt hơn.
• Các tùy chọn cáp nhỏ gọn hơn cho phép định tuyến cáp dễ dàng hơn và cải thiện khả năng thông gió của máy tính.
• Kết nối điện áp thấp hơn giúp giảm méo tiếng và nhiễu xuyên âm.
• Tín hiệu vi sai để truyền dữ liệu tốc độ cao với mức tiêu thụ điện năng ít hơn. 

Tuy nhiên, một trong những lợi thế mà SATA vẫn có so với NVMe là khả năng tương thích với phần cứng cũ hơn. Ổ cứng HDD và SSD SATA được kết nối với bo mạch chủ thông qua phần cứng bộ điều khiển. Ở cấu hình đơn giản nhất (chế độ IDE), ổ cứng được kết nối có thể được nhận dạng là thiết bị PATA. Điều này cho phép khả năng tương thích cao hơn với các hệ thống cũ hơn nhưng hiệu suất bị giảm khi ổ đĩa SATA ở chế độ IDE.

Nếu không cần khả năng tương thích với thiết bị cũ hơn, người dùng có thể đặt bộ điều khiển SATA ở chế độ Giao diện bộ điều khiển máy chủ nâng cao (AHCI) để có hiệu suất tốt hơn. Chế độ AHCI cũng có thể hỗ trợ các giao diện bên ngoài và trao đổi nóng ổ đĩa—tháo và gắn ổ đĩa mà không cần tắt nguồn.

Một chế độ SATA khác—chế độ Mảng Đĩa Độc lập Dự phòng (RAID)—cung cấp thêm một lớp bảo vệ dữ liệu bằng cách cung cấp cho người dùng khả năng lưu trữ các bản sao của cùng một dữ liệu ở các vị trí khác nhau, chẳng hạn như nhiều ổ cứng HDD hoặc SSD. 

SATA bên ngoài

SATA ngoài (eSATA) là một tính năng quan trọng khác của công nghệ SATA cung cấp hỗ trợ cho các ổ đĩa ngoài thông qua các vùng cắm cụ thể được gọi là cổng. eSATA nhanh hơn các đối thủ cạnh tranh và tương thích với nhiều công nghệ ổ đĩa hiện có, chẳng hạn như ổ cứng HDD, ổ đĩa mềm, ổ đĩa di động, Blu-ray, CD-ROM và DVD. Ổ đĩa eSATA có nhiều mục đích sử dụng phổ biến, bao gồm chỉnh sửa video, âm thanh và sao lưu dữ liệu.

NVMe và SATA: So sánh song song

Trong một so sánh trực tiếp, chỉ xem xét tốc độ và hiệu suất, giao thức NVMe vượt trội hơn nhiều so với SATA. Trong khi SATA được thiết kế như một giao diện lưu trữ SCSI để tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu cụ thể đến và từ ổ cứng HDD thì NVMe lại được thiết kế đặc biệt để sử dụng với các ổ SSD sử dụng công nghệ flash.

Theo một Báo cáo của Tập đoàn Dữ liệu Quốc tế (IDC) năm 2023 (liên kết nằm bên ngoài ibm.com), NVMe được thiết kế để tăng tốc độ truyền dữ liệu đến các hệ thống được kết nối qua PCI express (PCIe)—một bus mở rộng nối tiếp tiêu chuẩn để kết nối máy tính với một hoặc nhiều thiết bị ngoại vi.

Do sự khác biệt về thiết kế, NVMe được trang bị tốt hơn để sử dụng ổ cắm PCIe và truyền dữ liệu giữa bộ lưu trữ và CPU so với SATA. Khi ổ cứng HDD vẫn là tiêu chuẩn công nghiệp để lưu trữ và truy cập dữ liệu, SATA có ý nghĩa, nhưng khi SSD bắt đầu trở nên phổ biến hơn, NVMe nhanh chóng trở thành lựa chọn tốt hơn cho hầu hết người dùng. Ngoài ra, giao thức được sắp xếp hợp lý của NVMe giúp nó phù hợp hơn SATA cho các ứng dụng thời gian thực như ML và AI, những ứng dụng ngày càng phổ biến trong những năm gần đây. NVMe cũng có vị trí tốt để hỗ trợ Đám mây lai, đa kênh và môi trường lưu trữ máy tính lớn nhờ tính năng bảo vệ dữ liệu và hiệu suất cao được tích hợp sẵn.

Tuy nhiên, vẫn có một số trường hợp SATA có ý nghĩa đối với một số người dùng nhất định. Ví dụ: SATA vẫn có giá phải chăng hơn NVMe, mặc dù sự phổ biến của SSD NVMe đang khiến giá giảm. Dưới đây là so sánh hai công nghệ theo khả năng.

Tốc độ và hiệu suất

SSD NVMe có thể mang lại tốc độ và hiệu suất cao hơn nhiều so với SSD SATA vì chúng có thể gửi và nhận lệnh NVMe nhanh hơn cũng như mang lại thông lượng tốt hơn. Trong khi SSD NVMe sử dụng PCIe để kết nối bộ lưu trữ SSD trực tiếp với máy chủ hoặc bộ xử lý trung tâm (CPU), thì SSD SATA sử dụng giao diện bus Serial ATA Express, tốc độ chậm hơn.

Băng thông

Kết nối PCIe mà NVMe sử dụng lớn hơn và có nhiều băng thông hơn cổng SATA. Ngoài ra, mỗi thế hệ PCIe đều tăng gấp đôi băng thông của thế hệ trước. Mặt khác, SATA có kết nối băng thông thấp hơn PCIe và được cố định nên kết nối không được cải thiện qua các thế hệ đồng thời. Các kết nối PCIe cũng có khả năng mở rộng cao hơn SATA vì chúng sử dụng các “làn” cho phép người dùng tăng gấp đôi băng thông trong cùng một thế hệ.

Song song

Một trong những tính năng quan trọng nhất của NVMe là khả năng chạy các hoạt động đồng thời trên nhiều luồng, được gọi là song song. SSD NVMe có độ sâu hàng đợi là 64,000, trong khi SATA chỉ có thể hỗ trợ 32 yêu cầu I/O trong hàng đợi bất kỳ lúc nào. NVMe sử dụng hàng đợi lệnh song song và “vòng kiểm tra vòng” thay vì trình điều khiển thiết bị dựa trên “ngắt” như các phiên bản tiền nhiệm, giúp giảm độ trễ và chi phí chung của hệ thống.

Khả năng tương thích

Khi nói đến các công nghệ mới hơn, chẳng hạn như AI, ML và đám mây, NVMe là một lựa chọn tương thích hơn nhiều so với SATA vì nó được phát triển song song với các công nghệ đó trong cùng khoảng thời gian. NVMe cũng hoạt động trơn tru với tất cả các hệ điều hành hiện đại, bao gồm điện thoại di động, máy tính xách tay và máy chơi game. Tuy nhiên, khi nói đến khả năng tương thích với các công nghệ cũ hơn (chẳng hạn như ổ cứng HDD), nhiều thiết bị cũ hỗ trợ SATA không tương thích với NVMe vì chúng thiếu các kết nối cần thiết cho ổ cắm NVMe PCIe.

Phí Tổn

Trong khi cả NVMe và SATA đều có giá cả phải chăng hơn trong những năm gần đây thì SSD SATA vẫn có giá cả phải chăng hơn một chút. Ví dụ: ổ đĩa SATA 2.5 inch, Samsung 1TB có giá hơn 100 USD một chút, trong khi ổ NVMe tương đương của nó có giá khoảng 170 USD (tại thời điểm viết bài). Giá của SSD cấp doanh nghiệp thậm chí còn khác nhau hơn và thường lên tới hàng ngàn. Trong khi NVMe đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho khối lượng công việc của doanh nghiệp, SSD SATA vẫn được sử dụng rộng rãi trên các bản dựng PC thay vì ổ cứng HDD vì chúng nhanh hơn đáng kể.

Các trường hợp sử dụng NVMe và SATA

Việc lựa chọn giữa NVMe và SATA tùy thuộc vào nhu cầu của người dùng. Đối với PC, không thể chối cãi rằng SATA đưa ra một lựa chọn rẻ hơn nếu người dùng sẵn sàng chấp nhận tốc độ thấp hơn. Đối với nhu cầu kinh doanh ở cấp doanh nghiệp, lợi ích của việc sử dụng NVMe ngày càng khó bỏ qua, ngay cả khi giá tăng. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng thực tế của cả hai công nghệ:

Các trường hợp sử dụng NVMe

• Hiệu năng cao tính toán (HPC): Tốc độ cao và khả năng xử lý song song của NVMe khiến nó trở thành sự lựa chọn mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng điện toán hiệu suất cao, bao gồm giao dịch tài chính tần suất cao, AI và ML.
• Yêu cầu ứng dụng: Nhiều ứng dụng yêu cầu tương tác với khách hàng theo thời gian thực trong môi trường giàu dữ liệu—chẳng hạn như ứng dụng tài chính cá nhân và thương mại điện tử—dựa vào bộ lưu trữ NVMe để chạy khối lượng công việc doanh nghiệp của họ.
• Các trung tâm dữ liệu: SSD NVMe giúp ích được nhiều người các trung tâm dữ liệu trên toàn cầu mở rộng khả năng lưu trữ dữ liệu của họ trong khi vẫn mang lại hiệu suất cao. Theo một Báo cáo của Nhóm Chiến lược Doanh nghiệp (liên kết nằm bên ngoài ibm.com), gần XNUMX/XNUMX các tổ chức đã sử dụng bộ lưu trữ SSD dựa trên NVMe hoặc đang có kế hoạch chuyển sang bộ lưu trữ này trong năm tới.

Các trường hợp sử dụng SATA

• Các thành phần kế thừa: SATA “tương thích ngược”, nghĩa là nó có thể được sử dụng an toàn với phần cứng và phần mềm cũ hơn. Không giống như SSD NVMe, SSD SATA sẽ không gây áp lực lên các thành phần của máy tính cũ, chẳng hạn như bộ xử lý.
• Chỉnh sửa video: Đối với nhiều người biên tập video, mức giá thấp hơn và tốc độ cao của SSD SATA (khi so sánh với HDD) khiến chúng trở thành một lựa chọn hấp dẫn. Tốc độ của SSD SATA là đủ cho yêu cầu của họ. Sự khác biệt giữa SSD SATA và SSD NVMe trong môi trường chỉnh sửa video chỉ dễ nhận thấy với cảnh quay có tốc độ bit cao (2,000 Mbps trở lên) hoặc trong dự án yêu cầu chỉnh sửa cảnh quay từ nhiều camera cùng lúc.
• Sản xuất âm thanh: Cũng giống như trong chỉnh sửa video, việc sản xuất âm thanh hiếm khi yêu cầu loại tốc độ mà SSD NVMe được tạo ra, khiến SATA trở thành một giải pháp thay thế có thể chấp nhận được. Ví dụ: sản xuất âm nhạc hiếm khi yêu cầu tốc độ đọc hoặc ghi nhiều trừ khi người biên tập đang làm việc với nhiều mẫu. SSD SATA chỉ hoạt động tốt cho hầu hết các nhu cầu sản xuất âm thanh và ít tốn kém hơn.

IBM, NVME và SATA

Đối với nhiều người dùng, SSD SATA đủ nhanh để phù hợp với nhu cầu lưu trữ và truyền dữ liệu hàng ngày của họ. Ở mức giá thấp hơn—ít nhất là ở thời điểm hiện tại—chúng vẫn là một lựa chọn hấp dẫn. Tuy nhiên, ở cấp độ doanh nghiệp, NVMe đang nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn của ngành.

IBM Storage FlashSystem 5200 cung cấp bộ lưu trữ nhỏ gọn, mạnh mẽ cùng với tất cả các lợi ích mà bộ lưu trữ NVMe mang lại. Một phần của Hệ thống Flash lưu trữ của IBM gia đình, 5200 thống nhất quản lý dữ liệu trên lõi, đám mây và biên và được thiết kế theo hệ số dạng 1U mang tính cách mạng. 5200 giúp doanh nghiệp đạt được tốc độ, hiệu suất và khả năng mở rộng cao hơn từ giải pháp lưu trữ dữ liệu của họ.

Khám phá IBM Storage FlashSystem 5200