Vì sao một số SSD không cần DRAM? Khám phá cách công nghệ HMB hoạt động

Table of Contents

• SSD không DRAM hoạt động như thế nào? Câu trả lời là HMB
• SSD không DRAM có phải là lựa chọn tốt nhất để nâng cấp dung lượng?
• Kết luận

 

SSD không DRAM hoạt động như thế nào? Câu trả lời là HMB

Mỗi SSD đều cần một “bản đồ” để hoạt động chính xác. Bản đồ này được gọi là bảng ánh xạ logic sang vật lý (Logical-to-Physical Mapping Table, hay bảng L2P), do lớp chuyển đổi flash (Flash Translation Layer, FTL) bên trong bộ điều khiển SSD tạo và quản lý.
Nhiệm vụ của FTL là sử dụng bảng L2P để chuyển đổi các yêu cầu truy xuất tệp ở cấp độ logic từ hệ điều hành thành vị trí vật lý thực tế trên các chip NAND flash. Cách SSD lưu trữ và quản lý bảng ánh xạ này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ đọc/ghi cũng như tuổi thọ của ổ đĩa.



 

HMB sử dụng bộ nhớ hệ thống (RAM) để lưu trữ bảng L2P

Các SSD không DRAM hiện đại không được trang bị chip DRAM chuyên dụng có chi phí cao trên bảng mạch. Thay vào đó, chúng “mượn” một phần nhỏ bộ nhớ hệ thống (RAM) của máy tính thông qua công nghệ Host Memory Buffer (HMB).
Giao thức NVMe sẽ giao tiếp với hệ điều hành để phân bổ vùng bộ nhớ này. Tuy nhiên, dung lượng được cấp phát thường bị giới hạn khá chặt chẽ, phổ biến chỉ khoảng 64 MB.
 

Nếu có thể mượn RAM hệ thống, tại sao SSD vẫn cần DRAM riêng?

Trái ngược với SSD không DRAM, các SSD hiệu năng cao truyền thống được trang bị chip bộ nhớ đệm DRAM chuyên dụng ngay trên ổ đĩa. Theo nguyên tắc thường được áp dụng trong thiết kế lưu trữ, mỗi 1 TB dung lượng SSD sẽ đi kèm khoảng 1 GB DRAM chuyên dụng.
Điều này có nghĩa là một SSD 2 TB truyền thống có thể được trang bị 2 GB bộ nhớ tốc độ cao, đủ để lưu trữ toàn bộ bảng ánh xạ L2P và luôn sẵn sàng cho bộ điều khiển truy xuất.
Trong khi đó, một SSD không DRAM có cùng dung lượng 2 TB nhưng chỉ sử dụng 64 MB HMB sẽ chỉ có thể lưu trữ một phần nhỏ của bảng ánh xạ này tại một thời điểm.

Khám phá G70 PRO M.2 PCIe 4.0 SSD
 

HMB thay thế DRAM tích hợp trên SSD như thế nào?

Để một vùng bộ nhớ chỉ 64 MB có thể quản lý hiệu quả SSD có dung lượng lên đến vài terabyte, bộ điều khiển SSD sẽ tận dụng các quy luật có thể dự đoán trong cách máy tính truy xuất dữ liệu:

• Tính cục bộ theo không gian (Spatial Locality): Khi máy tính đọc một tệp hoặc một vùng dữ liệu, nhiều khả năng hệ thống sẽ tiếp tục truy xuất các dữ liệu nằm gần đó.
• Tính cục bộ theo thời gian (Temporal Locality): Khi máy tính vừa truy xuất một tệp hoặc một vùng dữ liệu, nhiều khả năng dữ liệu đó sẽ sớm được truy xuất lại.

Bộ nhớ đệm HMB sẽ ưu tiên lưu giữ những trang bảng ánh xạ L2P được sử dụng thường xuyên nhất trong vùng bộ nhớ 64 MB. Nhờ đó, công nghệ này có thể đạt tỷ lệ truy xuất trúng bộ nhớ đệm trên 90% trong các tác vụ sử dụng hằng ngày.

Ảnh hưởng đến hiệu năng của SSD không DRAM
Do không có DRAM chuyên dụng để lưu trữ bảng ánh xạ địa chỉ L2P, khi xảy ra lỗi truy cập bộ nhớ đệm, bộ điều khiển SSD phải liên tục đọc bảng này từ NAND flash có tốc độ chậm hơn. Quá trình này làm phát sinh một lượng nhỏ độ trễ, và khi dữ liệu bị phân mảnh nhiều, tốc độ đọc ngẫu nhiên duy trì cũng có thể giảm, đặc biệt khi truyền các tệp dung lượng lớn.

Vì sao SSD không DRAM thường có tuổi thọ tương đối ngắn hơn?

Về lý thuyết, khi máy tính yêu cầu dữ liệu nằm ngoài phạm vi bộ nhớ đệm HMB 64MB này, hiện tượng “cache miss” sẽ xảy ra. Lúc này, bộ điều khiển SSD phải nhanh chóng xóa bảng ánh xạ cũ và đọc các trang L2P mới từ NAND flash có tốc độ chậm hơn. Việc bảng L2P thường xuyên được di chuyển, đọc, ghi và cập nhật giữa bộ nhớ đệm và ổ đĩa tạo ra các thao tác ghi bổ sung (Write Amplification), từ đó làm tăng tốc độ hao mòn vật lý của NAND flash.

Tuy nhiên, nhược điểm về tuổi thọ trên lý thuyết này gần như có thể được bỏ qua hoàn toàn khi SSD được sử dụng làm ổ đĩa phụ để lưu trữ dữ liệu hoặc trò chơi. Nguyên nhân là vì đặc điểm khối lượng công việc của ổ đĩa phụ vốn tránh được cơ chế hao mòn vật lý được mô tả ở trên.
 

SSD không DRAM có phải là lựa chọn tốt nhất để nâng cấp dung lượng?

Giá trị vượt trội khi dùng làm ổ đĩa phụ: Việc loại bỏ chip DRAM đắt tiền trong quá trình sản xuất SSD không chỉ giúp giảm chi phí linh kiện mà còn đơn giản hóa cách bố trí và thiết kế bảng mạch. Các nhà sản xuất chuyển trực tiếp phần chi phí tiết kiệm này vào giá bán, khiến SSD không DRAM trở thành lựa chọn có giá trị rất tốt cho các máy tính văn phòng phổ thông, máy tính gia đình hoặc làm ổ đĩa phụ chuyên dùng để lưu trữ trò chơi.

Không DRAM đồng nghĩa với mức tiêu thụ điện thấp hơn và khả năng tản nhiệt tốt hơn: Chip DRAM cần được cấp điện liên tục và tạo ra một lượng nhiệt đáng kể. Khi không có chip nhớ này, SSD không DRAM tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể từ bo mạch chủ. Điều này mang lại hiệu quả nhiệt rất tốt, đặc biệt phù hợp với laptop và các thiết bị chơi game cầm tay, qua đó giúp kéo dài thời lượng pin và giảm lượng nhiệt tỏa ra.

Khác biệt gần như không thể nhận thấy trong nhu cầu sử dụng hằng ngày: Nhờ thiết kế thông minh của HMB, trừ khi bạn thường xuyên cần di chuyển các tệp dung lượng lớn hoặc có những yêu cầu chuyên biệt, người dùng thông thường gần như sẽ không nhận thấy sự khác biệt về tốc độ hoặc độ mượt trong thực tế khi khởi động Windows, mở các trò chơi dung lượng lớn hoặc sử dụng phần mềm văn phòng hằng ngày.

 

Kết luận

SSD không DRAM hoàn toàn không phải là một sản phẩm kém chất lượng — đây là một công nghệ được tối ưu hóa cao với mục đích sử dụng rõ ràng. Trong khi các cơ sở dữ liệu cấp doanh nghiệp có khối lượng ghi lớn hoặc công việc chỉnh sửa video 4K/8K chuyên nghiệp vẫn cần DRAM chuyên dụng để đạt độ bền và độ ổn định tối đa, HMB khéo léo mượn chỉ 64MB bộ nhớ từ hệ thống, qua đó tạo nên sự cân bằng hoàn hảo giữa chi phí thấp, mức tiêu thụ điện năng thấp và hiệu năng mượt mà trong nhu cầu sử dụng hằng ngày đối với các SSD không DRAM hiện đại.
 

Đánh giá	Điểm nổi bật & Mô tả
Ưu điểm	Chi phí và giá bán có tính cạnh tranh cao
	Mức tiêu thụ điện năng và lượng nhiệt tỏa ra thấp hơn
	Công nghệ HMB bù đắp hiệu quả cho việc không có DRAM
	Gần như không thể nhận thấy sự khác biệt trong quá trình sử dụng
Đối tượng phù hợp	Người dùng lắp ráp hoặc nâng cấp máy tính với ngân sách hạn chế
	Người dùng laptop và mini PC
	Người dùng chủ yếu sử dụng SSD làm ổ đĩa phụ để truy xuất dữ liệu
	TEAMGROUP NV10000 với hiệu năng vượt trội trong tầm giá