Tại sao trạng thái rắn truyền chậm lại khi bạn lấp đầy chúng

Các điểm chuẩn là rõ ràng: Ổ đĩa trạng thái rắn chậm lại khi bạn điền chúng. Đổ đầy ổ đĩa trạng thái rắn của bạn đến công suất gần và hiệu suất ghi của nó sẽ giảm đáng kể. Lý do tại sao nằm ở cách SSD và lưu trữ NAND Flash hoạt động.

Đổ đầy ổ đĩa vào dung lượng là một trong những điều bạn không bao giờ nên làm với ổ đĩa trạng thái rắn. Một ổ đĩa trạng thái rắn gần như đầy đủ sẽ có các hoạt động ghi chậm hơn nhiều, làm chậm máy tính của bạn.

Khối trống và Khối được lấp đầy một phần

Khi bạn viết một tệp vào ổ đĩa trạng thái rắn, nó sẽ tìm các khối trống và điền vào chúng. Viết vào một khối trống là thao tác ghi nhanh nhất có thể. Đó là lý do tại sao các hệ điều hành mới (Windows 7 trở lên) hỗ trợ tính năng TRIM, tự động xóa dữ liệu của tệp khỏi ổ đĩa thể rắn ngay khi bạn xóa tệp trong hệ điều hành. Điều này hoạt động khác với các ổ đĩa cứng từ tính, trong đó các bit của các tệp bị xóa nằm xung quanh ổ cứng.

Họ không ngồi xung quanh trên một ổ đĩa trạng thái rắn - TRIM đảm bảo rằng khối được làm trống để SSD có thể nhanh chóng ghi dữ liệu mới vào khối trống trong tương lai. Viết trên một khu vực đã được viết cũng nhanh như viết vào một khu vực trống trên ổ cứng kỹ thuật, nhưng một ổ đĩa trạng thái rắn phải xóa một khối trước khi viết cho nó.

Bộ nhớ NAND Flash ghi dữ liệu trong các trang 4 KB bên trong các khối 256 KB. Để thêm các trang bổ sung vào một khối được lấp đầy một phần, ổ đĩa trạng thái rắn phải xóa toàn bộ khối trước khi ghi lại dữ liệu vào nó.

Khi ổ đĩa trạng thái rắn của bạn đầy lên, càng ngày càng có ít khối trống. Ở vị trí của họ là các khối được lấp đầy một phần. Ổ đĩa trạng thái rắn không thể ghi dữ liệu mới vào các khối được lấp đầy một phần này - điều đó sẽ xóa dữ liệu hiện có. Thay vì thao tác ghi đơn giản, ổ đĩa trạng thái rắn phải đọc giá trị của khối vào bộ đệm của nó, sửa đổi giá trị với dữ liệu mới và sau đó ghi lại. Hãy nhớ rằng việc viết một tệp có thể sẽ liên quan đến việc ghi vào nhiều khối, vì vậy điều này có thể gây ra một lượng trễ đáng kể bổ sung.

TRIM không hợp nhất các khối được lấp đầy một phần

Nếu bạn điền vào một ổ đĩa có dung lượng hoặc gần dung lượng, có khả năng bạn sẽ kết thúc với nhiều khối được lấp đầy một phần sau khi bạn xóa các tệp. Lệnh TRIM chỉ đạo một ổ đĩa trạng thái rắn để xóa dữ liệu tệp khi tệp bị xóa. Nó không buộc ổ đĩa phải thực hiện bất kỳ hoạt động dọn dẹp nào.

Nói cách khác, hãy lấp đầy ổ đĩa trạng thái rắn trước dung lượng trước khi xóa các tệp và bạn có thể sẽ kết thúc với nhiều khối được lấp đầy một phần. Ổ đĩa sẽ không đi theo cách của nó để hợp nhất các khối được lấp đầy một phần này thành các khối đầy đủ, giải phóng các khối trống. Ổ đĩa vẫn sẽ chứa đầy các khối được lấp đầy một phần và hiệu suất ghi sẽ bị giảm.

Thu gom quá mức và thu gom rác

Để ngăn người tiêu dùng lấp đầy các ổ đĩa trạng thái rắn của họ và kết thúc với hiệu suất bị suy giảm nghiêm trọng, các nhà sản xuất SSD đang tìm mọi cách để chống lại điều này.

Các ổ đĩa trạng thái rắn cấp tiêu dùng thường dành khoảng 7% tổng dung lượng flash của chúng và khiến nó không có sẵn cho người dùng. Điều này được biết đến với tên gọi là quá mức cho phép - phần cứng lưu trữ bổ sung được thêm vào ổ đĩa nhưng không hiển thị với máy tính như bộ nhớ khả dụng mà nó có thể sử dụng. Khu vực dự phòng đảm bảo rằng ổ đĩa không bao giờ có thể đầy đủ - sẽ luôn có một số dung lượng dự phòng để giúp giữ hiệu suất ghi ổn định.

Mỗi bộ điều khiển của ổ đĩa trạng thái rắn có thuật toán thu gom rác để cố gắng giảm thiểu vấn đề này. Khi ổ đĩa đầy, nó sẽ tìm các khối được lấp đầy một phần và bắt đầu hợp nhất chúng, giải phóng càng nhiều khối trống càng tốt. Các ổ đĩa trạng thái rắn khác nhau chạy các hoạt động này tại các thời điểm và ngưỡng khác nhau - phụ thuộc vào bộ điều khiển của ổ đĩa.

Bằng chứng điểm chuẩn

Anandtech đã thực hiện một loạt các điểm chuẩn với các ổ đĩa khác nhau để trêu chọc mối quan hệ giữa khu vực dự phòng của ổ đĩa thể rắn và tính nhất quán của hiệu suất hoạt động ghi của nó. Khi lấp đầy một ổ đĩa trống, họ đã tìm thấy hiệu suất ghi cao từ rất sớm trong quá trình và giảm đáng kể khi các hoạt động ghi tiếp tục lấp đầy ổ đĩa.

Đặt thêm diện tích dự phòng trên các ổ đĩa giúp hiệu suất duy trì ổn định, vì nó đảm bảo ổ đĩa phải luôn có đủ các khối trống sẵn sàng.

Họ phát hiện ra rằng hiệu suất tối thiểu của cải thiện đáng kể khi bạn đạt 25% diện tích dự phòng cho các ổ đĩa [người tiêu dùng] này. Khuyến nghị cuối cùng của họ là bạn nên lên kế hoạch chỉ sử dụng khoảng 75% dung lượng [ổ đĩa của bạn] nếu bạn muốn có sự cân bằng tốt giữa tính nhất quán hiệu suất và năng lực.

Nếu bạn có một ổ đĩa trạng thái rắn, bạn nên cố gắng tránh sử dụng hơn 75% công suất của nó. Mua một ổ đĩa lớn hơn với nhiều bộ nhớ hơn bạn cần và bạn sẽ đảm bảo rằng bạn luôn có hiệu suất ghi ổn định. May mắn thay, SSD đang dần trở nên rẻ hơn nhiều, vì vậy điều này không đắt như trước đây.

Tín dụng hình ảnh: Trình sắp xếp âm nhạc tại Wikimedia Commons, Simon Wüllhorst trên Flickr