Những tiến bộ công nghệ gần đây trong việc lưu trữ dữ liệu đã thúc đẩy các doanh nghiệp và người tiêu dùng rời xa truyền thống ổ đĩa cứng (HDD) theo hướng nhanh hơn, độ trễ thấp hơn ổ đĩa trạng thái rắn (SSD) công nghệ. Trong bài đăng này, chúng ta sẽ xem xét công nghệ mới này, cũng như giao thức nhanh nhất và phổ biến nhất hiện có để kết nối nó với bo mạch chủ của máy tính—tốc bộ nhớ không bay hơi (NVMe).

Mặc dù thuật ngữ SSD và NVMe thường được sử dụng để mô tả hai loại ổ đĩa khác nhau nhưng thực tế chúng là những công nghệ lưu trữ dữ liệu khác nhau có thể được sử dụng để bổ sung cho nhau. SSD là một loại thiết bị lưu trữ dựa trên chất bán dẫn được sử dụng với lưu trữ flashvà NVMe là một giao thức truyền dữ liệu với tổng chi phí hệ thống giảm trên mỗi hoạt động đầu vào/đầu ra mỗi giây (I/O hoặc IOPS) được sử dụng trong SSD có bộ nhớ flash.

Sự khác biệt giữa công nghệ NVMe và SSD rất nhỏ và có thể gây nhầm lẫn. Mặc dù mọi thiết bị NVMe cũng là ổ SSD nhưng không phải tất cả SSD đều là ổ NVMe. 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, một bus mở rộng nối tiếp tiêu chuẩn để kết nối máy tính với một hoặc nhiều thiết bị ngoại vi. Tuy nhiên, không phải ổ SSD nào cũng sử dụng công nghệ PCIe; một số sử dụng giao diện SATA và SAS cũ hơn được thiết kế cho ổ cứng HDD, giúp chúng tương thích với các thiết bị cũ hơn.

SSD là gì?

Trước khi SSD được phát minh, ổ cứng HDD và ổ đĩa mềm là những ổ lưu trữ được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường. Nhưng trong khi ổ cứng HDD và ổ đĩa mềm đều dựa vào nam châm để lưu trữ dữ liệu thì SSD sử dụng công nghệ mới gọi là NAND—một loại bộ nhớ cố định không cần nguồn điện để lưu giữ dữ liệu. Trong ổ SSD, mỗi chip bộ nhớ được tạo thành từ các khối chứa các ô (còn được gọi là trang hoặc cung) mà mỗi khối có các bit bộ nhớ riêng.

Không giống như các ổ cứng HDD vốn có độ trễ và thời gian truy cập do các đĩa cứng, đĩa quay và đầu đọc/ghi, SSD không chứa các bộ phận chuyển động, khiến chúng nhanh hơn nhiều. Kể từ đầu đến giữa những năm 2000, SSD đã ngày càng phổ biến ở cả thị trường tiêu dùng và doanh nghiệp nhờ hiệu suất vượt trội và tốc độ nhanh như chớp.

SSD NVMe

Để có tốc độ truyền dữ liệu nhanh nhất hiện có, không cần tìm đâu xa ngoài SSD NVMe. Thông qua bus Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), SSD NVMe có thể đạt tốc độ truyền lên tới 20 gigabyte mỗi giây (Gbps)—nhanh gấp ba lần tốc độ của SSD SATA. Một tính năng hấp dẫn khác của ổ NVMe nằm ngay trong tên gọi của nó—bộ nhớ bất biến. Thông số kỹ thuật này có nghĩa là, không giống như các loại ổ đĩa khác, thiết bị NVMe không cần nguồn điện để duy trì bộ nhớ. Ngoài ra, không giống như các công nghệ khác, bộ lưu trữ NVMe có thể kết nối trực tiếp với CPU của máy tính bằng ổ cắm PCIe và cho phép bộ nhớ flash của ổ đĩa hoạt động thông qua PCIe thay vì trình điều khiển SATA, tốc độ này chậm hơn. 

Ổ cứng SSD SATA

Một loại SSD phổ biến khác là ổ SATA, loại ổ này gần đây đã trở nên phổ biến hơn do khả năng tương thích với các công nghệ cũ hơn. Mặc dù SSD NVMe vẫn có nhiều băng thông hơn nhưng nhiều máy tính cũ không hỗ trợ công nghệ NVMe hoặc PCIe, khiến giao diện SATA trở thành lựa chọn tốt nhất. SSD SATA có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu tối đa là sáu gigabyte mỗi giây (Gbps), chậm hơn so với các giao diện mới hơn, khác nhưng vẫn nhanh hơn đáng kể so với ổ cứng HDD truyền thống.

Tìm hiểu thêm về mối liên hệ giữa NVMe và SATA

SSD M.2

Ổ đĩa M.2, được giới thiệu vào năm 2012, là một loại SSD có thể kết nối trực tiếp vào bo mạch chủ của máy tính bằng cách sử dụng hệ số dạng M.2. So với các loại SSD khác, ổ M.2 tiết kiệm điện hơn và chiếm ít dung lượng hơn. Chúng cũng nhỏ hơn và nhanh hơn các ổ SSD 2.5 inch được sử dụng rộng rãi và không yêu cầu bất kỳ loại cáp nào để kết nối. Mặc dù có kích thước tương đối nhỏ nhưng M.2 có thể chứa nhiều dữ liệu như các thiết bị ngang hàng—lên tới 2 terabyte (TB)—và tương thích với bất kỳ bo mạch chủ nào có khe cắm M.2. Khi sử dụng giao diện NVMe, SSD M.XNUMX NVMe có thể mang lại tốc độ truyền dữ liệu nhanh nhất hiện nay.

Tìm hiểu thêm về mối liên hệ giữa NVMe và M.2

SSD PCIe

SSD PCIe là thẻ mở rộng kết nối máy tính với nhiều thành phần khác nhau (chẳng hạn như card đồ họa hoặc thiết bị lưu trữ ngoài) bằng tiêu chuẩn bus mở rộng nối tiếp PCIe. Khe cắm PCIe có sẵn ở năm kích cỡ khác nhau (x2, x3, x4 … v.v.) với x đề cập đến số làn đường mà mỗi thẻ có để truyền dữ liệu.

NVMe là gì?

NVMe (non-volatile Memory Express) là một giao thức truyền dữ liệu được thiết kế cho bộ lưu trữ flash và SSD. Nó được giới thiệu vào năm 2011 như một giải pháp thay thế cho các giao thức SATA và Serial Attached SCSI (SAS) vốn là tiêu chuẩn công nghiệp vào thời điểm đó và nó truyền tải thông lượng tốt hơn so với các giao thức trước đó. Ngoài những cải tiến về công nghệ và lưu trữ, NVMe còn góp phần phát triển các công nghệ quan trọng đang được phát triển cùng thời điểm, bao gồm cả công nghệ Internet of Things (IOT), trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML).

Kể từ năm 2011, công nghệ NVMe đã nổi bật nhờ băng thông cao và tốc độ truyền dữ liệu cực nhanh. Do những cải tiến đối với trình điều khiển NVMe cho phép xử lý song song và kiểm tra vòng, SSD NVMe có thể tối ưu hóa thời gian phản hồi và tốc độ ghi, đồng thời giúp giảm độ trễ để tránh tắc nghẽn CPU. Ngoài ra, công nghệ NVMe có quy mô cơ sở hạ tầng nhỏ hơn ở cấp doanh nghiệp và sử dụng ít năng lượng hơn so với Giao diện hệ thống máy tính nhỏ (SCSI) phổ biến.

Ổ NVMe hiệu suất cao nhất có thể vượt qua 3000 megabyte mỗi giây (MB/s), với một số mẫu mới hơn đạt tốc độ cao tới 7500 MB/s. Không giống như phiên bản tiền nhiệm của nó, Serial Advanced Technology Attachment (SATA), NVMe được thiết kế cho phương tiện lưu trữ ổn định, hiệu suất cao, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các môi trường điện toán giàu dữ liệu và đầy thách thức.

Bus kết nối thành phần ngoại vi (PCIe)

SSD NVMe truy cập bộ lưu trữ flash thông qua bus PCIe loại bỏ bộ điều khiển “trung gian”, giúp giảm đáng kể 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. PCIe Gen4 là thông số kỹ thuật PCI Express mới nhất và tốc độ truyền dữ liệu của nó cao gấp đôi Gen3. Trong khi PCIe Gen3 có tốc độ truyền 4 giga mỗi giây (GT/s) trên mỗi làn PCIe thì tốc độ của Gen16 là 2 GT/s hoặc XNUMX GB/s trên mỗi làn PCIe.

Hàng đợi lệnh song song

SSD NVMe có thể chạy hàng chục nghìn hàng đợi lệnh song song cùng một lúc, một điểm khác biệt chính khác với các ổ đĩa sử dụng giao thức SCSI cũ hơn, chậm hơn và chỉ có thể triển khai một hàng đợi lệnh duy nhất. 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. 

NVMe so với SSD: Loại lưu trữ dữ liệu nào phù hợp với bạn?

Không có cách nào để so sánh chính xác công nghệ NVMe và SSD, vì chúng khác nhau và thường bổ sung cho nhau. SSD NVMe cung cấp một số tốc độ truyền dữ liệu nhanh nhất hiện có, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng nhất thiết phải là lựa chọn phù hợp cho nhu cầu của bạn. Nhiều yếu tố phát huy tác dụng khi lựa chọn giải pháp lưu trữ dữ liệu. Để hỗ trợ quá trình này, chúng tôi đã so sánh một số tùy chọn phổ biến nhất hiện có theo bốn yếu tố quan trọng: Giá cả, thông số kỹ thuật, dung lượng lưu trữ và tốc độ.

• Giá: Cho đến gần đây, SSD SATA tương đối rẻ hơn so với SSD NVMe, khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn cho những người dùng có ngân sách eo hẹp. Tuy nhiên, giá của SSD NVMe đã giảm trong vài năm qua do công nghệ này trở nên phổ biến rộng rãi hơn, khiến giá ngày càng trở nên khác biệt. Ngày nay, thương hiệu SSD phổ biến của Samsung—cả loại NVMe và SATA cũng như dung lượng lưu trữ tương đương—có giá dao động từ 64 đến 130 USD trên Amazon.
• Thông sô ky thuật: Nhiều thiết bị cũ không hỗ trợ công nghệ NVMe mới hơn, nhanh hơn, khiến SSD SATA trở thành lựa chọn cần thiết. Trước khi mua SSD, người dùng cũng nên đảm bảo hệ thống của mình có đủ kết nối PCIe để hỗ trợ số lượng thiết bị muốn kết nối. Nhiều bo mạch chủ chỉ có hai hoặc ba khe cắm, điều này sẽ hạn chế số lượng thiết bị có thể kết nối.
• Khả năng lưu trữ: SSD NVMe và SATA thường có tùy chọn 1TB hoặc 2TB. Người dùng muốn có nhiều dung lượng hơn có thể nâng cấp lên model 4TB và 8TB nhưng với mức giá cao hơn. Tại thời điểm viết bài, SSD NVMe và SATA 4TB có giá từ 200 đến 300 USD trên Amazon, trong khi SSD 8TB có giá gần 400 USD.  
• Tốc độ: Điểm khác biệt chính của SSD NVMe là tốc độ và hiệu suất. Công nghệ NVMe sử dụng giao diện PCIe cho phép kết nối trực tiếp với CPU, giảm độ trễ và cải thiện khả năng phản hồi. Nhưng một số người dùng đơn giản là không cần mức tốc độ đó, trong trường hợp đó, SSD SATA có thể là một lựa chọn rẻ hơn một chút. Mặc dù không nhanh bằng nhưng SSD SATA vẫn truyền dữ liệu nhanh hơn nhiều so với các ổ HDD cũ. Tùy thuộc vào nhu cầu của bạn, tốc độ của SSD SATA có thể đủ.

Các trường hợp sử dụng SSD và NVMe

Ở cấp độ doanh nghiệp, tốc độ và hiệu suất của công nghệ NVMe khó có thể bỏ qua. Mặc dù một số doanh nghiệp vẫn sử dụng SSD SATA, nhưng chúng phổ biến hơn đối với những người tiêu dùng muốn nâng cấp tốc độ và hiệu suất của máy tính xách tay hoặc PC mà họ đang sử dụng để chơi game hoặc chạy các ứng dụng văn phòng cơ bản. Dưới đây là một số trường hợp sử dụng phổ biến nhất đối với SSD.

• Tính toán hiệu năng cao/tốc độ cao: Khả năng xử lý song song của SSD NVMe khiến nó trở thành giải pháp lý tưởng cho nhiều môi trường điện toán phức tạp và đòi hỏi khắt khe nhất hiện nay. Nhiều ứng dụng có nhu cầu cao, chẳng hạn như ứng dụng giao dịch tài chính tần suất cao cũng như triển khai AI và ML, dựa vào SSD NVMe để truy cập nhanh chóng vào khối lượng dữ liệu lớn.
• Các ứng dụng chuyên sâu về tính toán: Các ứng dụng có tính năng tương tác với khách hàng theo thời gian thực thường dựa vào công nghệ NVMe để chạy khối lượng công việc của họ. Ví dụ về các ứng dụng này bao gồm thương mại điện tử, tài chính cá nhân và nhiều điện toán đám mây các ứng dụng.
• Các trung tâm dữ liệu: Trợ giúp về SSD NVMe các trung tâm dữ liệu khắp mọi nơi đều mở rộng khả năng lưu trữ của mình và đạt được tốc độ truyền tải nhanh như chớp. Trong khi SSD SATA vẫn đang được sử dụng ở cấp doanh nghiệp, theo một báo cáo gần đây của Nhóm chiến lược doanh nghiệp (ESG) (liên kết nằm bên ngoài ibm.com), gần XNUMX/XNUMX doanh nghiệp đã chuyển sang bộ lưu trữ SSD NVMe hoặc đang có kế hoạch chuyển sang trong năm tới.
• Chỉnh sửa video: Nhiều người chỉnh sửa video sử dụng SSD NVMe và SATA để mở rộng bộ nhớ mà vẫn đạt được tốc độ xử lý cao mà họ cần. Một ví dụ là SSD NVMe M.2 mỏng, nhỏ, có tính di động cao, là giải pháp lý tưởng cho các máy tính nhẹ như máy tính xách tay, notebook và ultrabook.
• Chơi game: Những game thủ nghiêm túc ở khắp mọi nơi đều phụ thuộc vào thời gian tải nhanh mà cả SSD NVMe và SATA mang lại. Cả hai loại SSD đều có thể mang lại trải nghiệm chơi game nhanh, mượt mà với mức giá tương đương, cũng như cải thiện tốc độ và hiệu suất của các ứng dụng hàng ngày cho mọi bản dựng PC.

Giải pháp IBM và SSD và NVMe

SSD giúp người tiêu dùng và doanh nghiệp đạt được tốc độ truyền dữ liệu nhanh mà họ yêu cầu. Đối với những người đam mê chơi game và biên tập video, SSD SATA cũ hơn thường là đủ, nhưng đối với khối lượng công việc của doanh nghiệp, SSD NVMe đang nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn công nghiệp. IBM Storage FlashSystem 5200 cung cấp bộ lưu trữ nhỏ gọn, mạnh mẽ cùng với tất cả lợi ích của công nghệ NVMe. 5200 giúp doanh nghiệp đạt được tốc độ, hiệu suất và khả năng mở rộng cao hơn với giải pháp lưu trữ dữ liệu của họ.

Khám phá IBM Storage FlashSystem 5200