SSD vs NVMe: Sự khác biệt và So sánh

SSD (Solid State Drive) và NVMe (Non-Volatile Memory Express) đều là hai loại công nghệ lưu trữ. Trong khi SSD sử dụng bộ nhớ flash NAND và kết nối qua SATA hoặc các giao diện khác, NVMe là giao thức được thiết kế đặc biệt để liên lạc nhanh hơn giữa bộ lưu trữ và hệ thống, sử dụng giao diện PCIe. Ổ NVMe cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đáng kể so với SSD truyền thống, khiến chúng phù hợp với các tác vụ yêu cầu truy cập nhanh vào lượng dữ liệu lớn.

Chìa khóa chính

1. Ổ đĩa NVMe cung cấp tốc độ nhanh hơn ổ SSD truyền thống nhờ giao diện tiên tiến của chúng, cho phép truyền nhiều dữ liệu hơn trong thời gian ngắn hơn.
2. SSD có hệ số dạng lớn hơn và có thể được sử dụng trong nhiều loại thiết bị hơn, trong khi ổ NVMe nhỏ hơn và phù hợp hơn cho các hệ thống hiệu năng cao.
3. Mặc dù ổ NVMe đắt hơn ổ SSD truyền thống nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu suất được cải thiện khiến chúng trở thành lựa chọn tốt hơn cho những người dùng yêu cầu giải pháp lưu trữ tốc độ cao.

Sự khác biệt giữa SSD và NVMe

Sự khác biệt giữa SSD và NVMe là SSD lưu trữ dữ liệu bằng mạch tích hợp, trong khi NVMe là giao diện để truy cập dữ liệu được lưu trữ ở tốc độ cao. NVMe tiên tiến hơn nhiều so với SSD và do đó được mã hóa nhanh hơn và tốt hơn so với SSD sau. Nhưng điều đó không có nghĩa là NVMe hoàn hảo và có bất kỳ nhược điểm nào. 

Bảng so sánh cho SSD so với NVMe

Đặc tính	SSD	NVMe
Giao diện:	SATA III (phổ biến nhất), PCIe (ít phổ biến hơn)	PCIe
Tốc độ truyền dữ liệu:	Lên đến 6Gbps (SATA)	Lên tới 32Gbps (PCIe 4.0)
Hàng đợi lệnh:	Hàng đợi đơn với 32 lệnh	Lên tới 65,535 hàng đợi với 65,536 lệnh trên mỗi hàng đợi
Độ trễ:	Thấp hơn HDD, cao hơn NVMe	Thấp hơn đáng kể so với cả SATA SSD và HDD
Công suất tiêu thụ:	Thấp hơn ổ cứng	Cao hơn một chút so với SSD SATA, thấp hơn HDD khi không hoạt động
Các yếu tố hình thành:	2.5 inch, M.2, SATA mSATA	M.2, U.2
Giá:	Nói chung ít tốn kém hơn	Nói chung là đắt hơn
Phù hợp nhất cho:	Tác vụ hàng ngày, chơi game vừa phải	Các tác vụ hiệu năng cao, chơi game, máy trạm đòi hỏi khắt khe

SSD là gì?

SanDisk lần đầu tiên giới thiệu ổ cứng thể rắn. Nó có thể được gọi là thiết bị trạng thái rắn hoặc đĩa trạng thái rắn.

Khi được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1991, nó chỉ có thể lưu trữ tối đa 20 MB dữ liệu. Ngày nay, những ổ đĩa này có thể lưu trữ khoảng 60-100 TB dữ liệu.

Các ổ đĩa này không thể dễ dàng bị hư hỏng về mặt vật lý và có khả năng chống sốc tốt hơn. Thời gian truy cập của họ nhanh chóng và họ không yêu cầu quay đĩa để chạy.

Hiệu suất của các ổ đĩa khác nhau có thể khác nhau tùy theo số lượng bit có trong một ô. Ổ đĩa đơn là loại nhanh nhất và bền nhất trong số đó; chúng cũng kinh tế hơn.

Những ổ SSD đời đầu sử dụng công nghệ RAM, nhưng điều này không thể tồn tại lâu vì chúng nhanh nhưng lại mất dữ liệu ngay khi hết điện. Điều này gây ra mất dữ liệu.

Do đó một công nghệ đáng tin cậy hơn phải được tìm thấy, và đó là bộ nhớ flash. Dữ liệu, khi được lưu trữ trong bộ nhớ flash của ổ cứng thể rắn, không bị mất khi mất điện mà được lưu trữ bên trong thiết bị.

SSD hoạt động như thế nào?

Kiến trúc

SSD được xây dựng dựa trên công nghệ bộ nhớ flash, sử dụng mạch tích hợp thay vì đĩa quay và đầu đọc/ghi cơ học. Các thành phần chính của SSD bao gồm chip bộ nhớ flash, bộ điều khiển, giao diện NAND và bộ đệm.

Chip bộ nhớ flash lưu trữ dữ liệu cố định bằng cách sử dụng điện tích, được sắp xếp thành các trang và khối. Bộ điều khiển quản lý tất cả các hoạt động của dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, tối ưu hóa hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của SSD. Giao diện NAND kết nối các chip bộ nhớ flash với bộ điều khiển, cho phép giao tiếp dữ liệu.

Nhiều ổ SSD kết hợp bộ đệm, vùng lưu trữ tạm thời cho dữ liệu được truy cập thường xuyên. Bộ nhớ đệm, được tạo từ bộ nhớ dễ thay đổi tốc độ cao như DRAM, cải thiện tốc độ đọc và ghi bằng cách giảm độ trễ khi truy cập vào bộ nhớ flash.

Các thành phần này hoạt động cùng nhau để cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu nhanh, đáng tin cậy và hiệu quả trong SSD, khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong điện toán hiện đại.

Các thành phần

Ngoài kiến ​​trúc cốt lõi, SSD có thể kết hợp các thành phần bổ sung giúp nâng cao chức năng, độ tin cậy và khả năng tương thích giao diện. Một số thành phần đáng chú ý bao gồm cảm biến nhiệt, cơ chế bảo vệ khi mất điện và khả năng mã hóa.

Cảm biến nhiệt được tích hợp vào SSD để theo dõi nhiệt độ và ngăn quá nhiệt. Các cảm biến này cung cấp thông tin phản hồi cho bộ điều khiển, cho phép bộ điều khiển điều chỉnh hiệu suất hoặc kích hoạt các biện pháp bảo vệ khi cần.

SSD có thể sử dụng các cơ chế bảo vệ khi mất điện để bảo vệ dữ liệu trong trường hợp mất điện đột ngột. Các cơ chế này sử dụng siêu tụ điện hoặc các thiết bị lưu trữ năng lượng khác để cung cấp năng lượng tạm thời. Điều này cho phép bộ điều khiển lưu mọi dữ liệu đang chờ xử lý vào bộ nhớ flash trước khi tắt an toàn.

Để bảo mật dữ liệu, một số SSD cung cấp khả năng mã hóa phần cứng tích hợp. Những ổ SSD này sử dụng các thuật toán mã hóa để mã hóa dữ liệu được ghi vào ổ đĩa, đảm bảo rằng thông tin được lưu trữ vẫn an toàn và được bảo vệ khỏi truy cập trái phép.

Hướng dẫn mua SSD

Sức chứa

Dung lượng của SSD đề cập đến lượng dữ liệu mà nó có thể lưu trữ. SSD có nhiều dung lượng khác nhau, từ 128GB đến vài terabyte (TB). Khi quyết định dung lượng, hãy xem xét các yêu cầu lưu trữ của bạn, bao gồm kích thước của hệ điều hành, ứng dụng và tệp của bạn. Nếu bạn chủ yếu sử dụng máy tính của mình cho các tác vụ cơ bản và không cần nhiều dung lượng lưu trữ, thì một ổ SSD nhỏ hơn như 256GB hoặc 512GB có thể đủ. Tuy nhiên, nếu bạn làm việc với các tệp phương tiện lớn hoặc cần dung lượng lưu trữ lớn để chơi trò chơi, chỉnh sửa video hoặc các ứng dụng chuyên nghiệp, hãy chọn dung lượng lớn hơn như 1TB trở lên.

Tốc độ

Tốc độ SSD đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất hệ thống tổng thể. Hai yếu tố chính quyết định tốc độ của SSD: tốc độ đọc và ghi, được gọi là tốc độ tuần tự và ngẫu nhiên. Tốc độ tuần tự cho biết ổ đĩa có thể đọc hoặc ghi các khối dữ liệu lớn, liền kề nhanh đến mức nào, khiến chúng trở nên quan trọng đối với việc truyền tệp và thời gian khởi động.

Mặt khác, tốc độ ngẫu nhiên đo khả năng truy cập và xử lý dữ liệu phân tán, nhỏ hơn của ổ đĩa, điều này rất quan trọng đối với các tác vụ điện toán hàng ngày, chẳng hạn như mở ứng dụng và đa nhiệm. Hãy tìm những ổ SSD có tốc độ đọc/ghi tuần tự và ngẫu nhiên cao để đảm bảo hiệu suất mượt mà và nhạy bén.

Giao thức

Giao diện của SSD xác định cách nó kết nối với bo mạch chủ của máy tính và ảnh hưởng đến khả năng tương thích cũng như hiệu suất của nó. Các giao diện phổ biến nhất cho SSD là SATA (Serial ATA) và NVMe (Non-Volatile Memory Express). SSD SATA, có sẵn ở các hệ số dạng 2.5 inch và M.2, mang lại hiệu suất tốt và tương thích với hầu hết các máy tính.

Chúng là sự lựa chọn tuyệt vời cho những ai nâng cấp từ ổ cứng truyền thống. SSD NVMe, ở dạng M.2, sử dụng giao diện PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) và cung cấp tốc độ nhanh hơn đáng kể so với SATA. Nếu hệ thống của bạn hỗ trợ NVMe, việc chọn SSD NVMe có thể giúp tăng hiệu suất rõ rệt.

Uy tín thương hiệu

Danh tiếng thương hiệu là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi mua SSD. Các thương hiệu danh tiếng ưu tiên kiểm soát chất lượng, độ tin cậy và hỗ trợ khách hàng, đảm bảo trải nghiệm tổng thể tốt hơn. Các nhà sản xuất SSD nổi tiếng bao gồm Samsung, Western Digital, Crucial, Kingston, Intel và SanDisk. Nghiên cứu đánh giá của khách hàng, điểm chuẩn chuyên nghiệp và dữ liệu độ tin cậy là điều nên làm để đánh giá danh tiếng của thương hiệu. Ngoài ra, những thương hiệu cung cấp thời gian bảo hành dài hơn sẽ tạo niềm tin hơn cho sản phẩm của họ.

NVMe là gì?

NVM Express đã phát triển giao diện NVMe đầu tiên. Nó bắt đầu cách đây 2011 năm, vào năm XNUMX. Nhu cầu phát triển giao diện xuất hiện sau khi mọi người gặp phải một số nhược điểm với ổ đĩa thể rắn.

Tương tự như SSD, NVMe phải được lắp vật lý cùng với phương tiện lưu trữ.

Trong khi SSD chỉ có thể thực hiện một truy vấn hoặc lệnh tại một thời điểm, đó không phải là trường hợp của NVMe. Chúng có thể mang lại kết quả từ nhiều truy vấn và lệnh.

Điều này cũng làm giảm độ trễ và có độ trễ tối thiểu khi tìm nạp kết quả. Chúng có dạng thẻ 2.5 inch phù hợp với hệ thống lưu trữ của máy tính.

Bước đệm đầu tiên để truy cập bộ nhớ cố định đã xuất hiện tại Diễn đàn Nhà phát triển Intel năm 2007. Bước đệm này được hoàn thành vào năm 2008 và được phát hành trên trang web của Intel.

Hơn 90 công ty đã tham gia xây dựng các thông số kỹ thuật của NVMe. Công nghệ Thiết bị Tích hợp đã cung cấp NVMe thương mại cho mọi người vào tháng 2012 năm XNUMX.

Ưu điểm của NVMe

Tốc độ nhanh hơn

NVMe mang lại tốc độ truyền dữ liệu vượt trội vượt qua các giao diện lưu trữ truyền thống như SATA (ATA nối tiếp). Bằng cách tận dụng giao diện PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), NVMe cung cấp đường dẫn trực tiếp và chuyên dụng giữa thiết bị lưu trữ và CPU của máy tính. Kết nối trực tiếp này cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn và hiệu quả hơn, cải thiện đáng kể tốc độ đọc và ghi. Với NVMe, người dùng có thể trải nghiệm thời gian khởi động nhanh, khởi chạy ứng dụng nhanh và các thao tác truyền dữ liệu liền mạch.

Độ trễ thấp hơn

Độ trễ đề cập đến thời gian cần thiết để xử lý yêu cầu dữ liệu. NVMe giảm đáng kể độ trễ so với các giao thức lưu trữ khác. Ổ đĩa cứng truyền thống (HDD) và thậm chí cả SSD SATA bị trễ do các thành phần cơ học hoặc hạn chế của giao diện.

NVMe được thiết kế để giảm thiểu độ trễ bằng cách sử dụng bộ lệnh được sắp xếp hợp lý và đường dẫn dữ liệu ngắn hơn, trực tiếp hơn. Việc giảm độ trễ này giúp cải thiện khả năng phản hồi của hệ thống, truy cập dữ liệu nhanh hơn và hiệu suất tổng thể tốt hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng nhạy cảm với độ trễ như trò chơi, thực tế ảo và xử lý dữ liệu thời gian thực.

Hiệu quả cao hơn

NVMe có hiệu quả cao về cả mức tiêu thụ điện năng và tài nguyên hệ thống. Kiến trúc được sắp xếp hợp lý và bộ lệnh được tối ưu hóa của NVMe giảm thiểu chi phí CPU cần thiết để xử lý các tác vụ liên quan đến lưu trữ. Hiệu quả này nâng cao hiệu suất hệ thống và dẫn đến mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, điều này đặc biệt có lợi cho máy tính xách tay, máy tính bảng và các thiết bị di động khác. Với NVMe, người dùng có thể tận hưởng thời lượng pin dài hơn và hoạt động mát hơn nhờ giảm mức tiêu thụ điện năng.

Cải thiện khả năng mở rộng

Khả năng mở rộng đề cập đến việc mở rộng hoặc nâng cấp khả năng lưu trữ mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. NVMe vượt trội ở khía cạnh này, mang lại khả năng mở rộng vượt trội so với các công nghệ lưu trữ truyền thống. Có thể dễ dàng thêm hoặc thay thế các ổ đĩa NVMe và nhiều ổ đĩa NVMe có thể được kết hợp trong các cấu hình khác nhau, chẳng hạn như RAID (Mảng dự phòng của các ổ đĩa độc lập), để tạo ra các giải pháp lưu trữ lớn hơn và linh hoạt hơn. Khả năng mở rộng này rất quan trọng đối với môi trường điện toán hiện đại, nơi nhu cầu về dung lượng lưu trữ tăng nhanh.

Các trường hợp sử dụng NVMe

Ứng dụng tiêu dùng

NVMe ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng tiêu dùng, chủ yếu là do khả năng cung cấp hiệu suất lưu trữ cực nhanh. Dưới đây là một số trường hợp người tiêu dùng phổ biến sử dụng NVMe:

1. Chơi game: Các game thủ có thể hưởng lợi rất nhiều từ tốc độ nhanh hơn và độ trễ thấp hơn của NVMe. Lưu trữ NVMe cho phép thời gian tải trò chơi nhanh hơn, chuyển đổi cấp liền mạch và giảm độ trễ trong trò chơi, mang lại trải nghiệm chơi trò chơi mượt mà và đắm chìm.
2. Sáng tạo nội dung: Các chuyên gia và những người đam mê tham gia sáng tạo nội dung, chẳng hạn như chỉnh sửa video, tạo mô hình 3D và thiết kế đồ họa, yêu cầu lưu trữ tốc độ cao để xử lý các tệp có kích thước lớn. NVMe cho phép hiển thị, mã hóa và truyền dữ liệu nhanh hơn, cho phép quy trình làm việc hiệu quả hơn và tăng năng suất.
3. Tiêu thụ phương tiện: Với sự gia tăng của nội dung video có độ phân giải cao, bộ lưu trữ NVMe đảm bảo phát lại mượt mà và truy cập nhanh vào các tệp phương tiện, nâng cao trải nghiệm phát trực tuyến và đa phương tiện tổng thể. Người dùng có thể nhanh chóng tải và điều hướng qua các thư viện phương tiện lớn, cải thiện khả năng đáp ứng của các ứng dụng phương tiện.
4. Năng suất cá nhân: Tốc độ và độ trễ thấp của NVMe cải thiện khả năng phản hồi của hệ thống, giúp các tác vụ hàng ngày như khởi động máy tính, khởi chạy ứng dụng và đa nhiệm nhanh hơn và mượt mà hơn nhiều. Điều này nâng cao năng suất cá nhân bằng cách giảm thời gian chờ đợi và tăng hiệu quả tổng thể.

Ứng dụng Doanh nghiệp

1. Hệ thống cơ sở dữ liệu: Các ứng dụng dựa trên cơ sở dữ liệu, chẳng hạn như hệ thống xử lý giao dịch và phân tích dữ liệu lớn, yêu cầu lưu trữ hiệu suất cao để xử lý các tập dữ liệu lớn và đảm bảo truy cập dữ liệu nhanh chóng. NVMe cho phép xử lý truy vấn cơ sở dữ liệu nhanh hơn, phân tích thời gian thực được cải thiện và quản lý dữ liệu hiệu quả, nâng cao hiểu biết về doanh nghiệp và hiệu quả hoạt động.
2. Ảo hóa và Điện toán đám mây: Độ trễ thấp và khả năng mở rộng cao của NVMe khiến nó trở thành giải pháp lưu trữ lý tưởng cho các môi trường ảo hóa và nền tảng điện toán đám mây. Nó cho phép cung cấp nhanh các máy ảo (VM), di chuyển VM nhanh hơn và cải thiện khả năng đáp ứng của các ứng dụng dựa trên đám mây, dẫn đến trải nghiệm người dùng tốt hơn và sử dụng tài nguyên được tối ưu hóa.
3. Điện toán hiệu năng cao (HPC): Các ngành dựa vào các nhiệm vụ tính toán chuyên sâu, chẳng hạn như nghiên cứu khoa học, lập mô hình tài chính và trí tuệ nhân tạo, có thể hưởng lợi từ bộ nhớ tốc độ cao của NVMe. NVMe tăng tốc truy cập và xử lý dữ liệu, giảm thời gian tính toán và cho phép phân tích và ra quyết định nhanh hơn.
4. Trung tâm dữ liệu: Ổ đĩa NVMe cung cấp mật độ cao hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, khiến chúng phù hợp cho việc triển khai trung tâm dữ liệu. Hiệu quả và khả năng mở rộng của chúng cho phép các trung tâm dữ liệu cung cấp dịch vụ lưu trữ nhanh hơn, xử lý khối lượng công việc ngày càng tăng và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, cải thiện hiệu suất của trung tâm dữ liệu và giảm chi phí vận hành.

Sự khác biệt chính giữa SSD và NVMe

• Yếu tố hình thức:
  • SSD (Ổ đĩa thể rắn) có thể có nhiều dạng thức khác nhau, bao gồm SATA, mSATA và M.2.
  • NVMe (Non-Volatile Memory Express) là giao thức được thiết kế dành riêng cho SSD và thường được sử dụng với hệ số dạng M.2.
• Giao diện:
  • SSD sử dụng giao diện SATA, vốn là tiêu chuẩn để kết nối các thiết bị lưu trữ.
  • NVMe sử dụng giao diện PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), mang lại tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với SATA.
• Tốc độ:
  • SSD cung cấp tốc độ truyền dữ liệu tương đối nhanh, trong đó SSD SATA có tốc độ thấp hơn so với SSD NVMe.
  • SSD NVMe tận dụng giao diện PCIe, mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đáng kể so với SSD SATA.
• Độ trễ:
  • SSD NVMe có độ trễ thấp hơn so với SSD SATA, vì giao thức NVMe được tối ưu hóa để truy cập vào bộ lưu trữ có độ trễ thấp.
• Độ sâu hàng đợi:
  • NVMe hỗ trợ độ sâu hàng đợi cao hơn, cho phép xử lý song song tốt hơn và cải thiện hiệu suất trong việc xử lý nhiều yêu cầu dữ liệu đồng thời so với SSD sử dụng SATA.
• Hiệu suất:
  • SSD NVMe mang lại hiệu suất tổng thể cao hơn cả về tốc độ đọc/ghi ngẫu nhiên và tuần tự so với SSD SATA.
• Khả năng tương thích:
  • SSD sử dụng giao diện SATA tương thích rộng rãi hơn với các hệ thống cũ hơn vì SATA là một tiêu chuẩn đã được thiết lập từ lâu.
  • NVMe có thể yêu cầu bo mạch chủ và BIOS tương thích để tận dụng tối đa khả năng của nó, điều này có thể hạn chế khả năng tương thích với các hệ thống cũ hơn.
• Công suất tiêu thụ:
  • SSD NVMe có xu hướng tiết kiệm điện hơn so với một số SSD SATA, vì giao thức NVMe được thiết kế để tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng trong quá trình truyền dữ liệu.
• Giá:
  • Nói chung, SSD SATA có mức giá phù hợp hơn so với SSD NVMe, khiến chúng trở thành một lựa chọn tiết kiệm chi phí cho những người dùng có yêu cầu ít khắt khe hơn về hiệu năng.
• Trường hợp sử dụng:
  • SSD SATA phù hợp cho các tác vụ điện toán hàng ngày, mang lại sự cân bằng tốt giữa tốc độ và chi phí.
  • SSD NVMe lý tưởng cho các tác vụ điện toán hiệu năng cao, chơi game và các ứng dụng khác trong đó tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn là rất quan trọng.

dự án

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8366931/
2. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3195970.3196085
3. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8416843/ 

Cập nhật lần cuối: ngày 02 tháng 2024 năm XNUMX