Enter your keyword

Các công nghệ trong Flash NAND trên SSD

Các công nghệ trong Flash NAND trên SSD

Các công nghệ trong Flash NAND

Flash NAND là công nghệ được sử dụng trong ổ cứng SSD như trong phần trước mình đã trình bày về kiến trúc của ổ cứng SSD, các loại chip Flash NAND hiện đang được sử dụng trong ổ cứng SSD.
Phần này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các công nghệ sử dụng trong ổ cứng SSD. Từ đó, chúng ta có thể biết được những ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng ổ cứng SSD, những nguyên nhân ảnh hưởng đến hiệu suất và tốc độ ổ cứng SSD.

4.1. Garbage Collection SSD


– Khi nhận được lệnh xóa dữ liệu, controller đơn giản chỉ đánh dấu các page đó chứ không thực sự xóa chúng cho đến khi ccaanf dùng lại. Vì vậy, trong 1 page có thể tồn tại các page đang chứa dữ liệu lẫn một số page đang chờ xóa

– Trong trường hợp cell đã dùng gần hết thì

  • SSD sẽ quét toàn bộ các block để tìm các cell được đánh dấu xóa.
  • Controller sẽ chép dữ liệu sang một block mới và xóa toàn bộ block cũ.
  • Quá trình này gọi là garbage collection và nó sẽ tự động chạy ngầm bên dưới vào những lúc rảnh rỗi để tránh ảnh hướng đến SSD.

lUhkDaT6-n6W63Wd1H4SLC7SU6vgmPJqG8DQ8J3dHvx9OAPW3gO-uH5KWFKW

Hình số 1:

  • Dữ liệu ghi vào 4 page đầu tiên của block X là A,B,C và D

– Hình số 2:

  • Dữ liệu mới sẽ được ghi 4 page E, F, G và H của Block X đang trống.
  • Khi dữ liệu 4 page đầu tiên có sự thay đổi. Nó sẽ lưu dữ liệu thay đổi trên 4 page kế tiếp A’, B’, C’ và D’.
  • Khi các page cũ ở block X không dùng nữa sẽ được đánh dấu “invalid” và không thể sử dụng cho đến khi toàn bộ Block X được tẩy xóa.

– Hình số 3:

  • Dữ liệu trên Block X sẽ được chép sang Block Y để xóa toàn bộ dữ liệu cũ (bởi vì SSD có thể ghi dữ liệu theo từng page nhưng chỉ xóa theo từng block được. Nên nó phải di chuyển dữ liệu từ Block X sang Block Y để làm trống Block X rồi mới erase block X được).
  • Quá trình này gọi là Garbage Collection giúp SSD có thể thực thi lệnh ghi ngay lập tức mà không cần chờ đến quá trình xóa dữ liệu.

4.2. TRIM SSD

Xóa một tập tin hoặc thư mục thông qua TRIM.

  1. Các pages trên SSD không chứa dữ liệu
  2. Người dùng ghi dữ liệu vào các page
  3. Khi người dùng xóa dữ liệu.
  • Page sẽ được đánh dấu “not in use” bởi hệ điều hành.
  • Lúc này, dữ liệu vẫn còn lưu trên SSD vì Controller đã sao chép toàn bộ nội dung các page trong cùng một block vào bộ nhớ đệm (cache).
  1. Controller SSD loại bỏ các page “invalid” dựa vào thông tin các lệnh TRIM cung cấp.
  2. Dữ liệu được ghi trở lại vào các Cell trên SSD và các page “invalid” lúc này đã được làm trống để ghi dữ cho lần kế tiếp

-xQYfhJqXHIABIYoXXqt3UjLFpdEmLwIrTCZfdQl2-rkg-57E4bkN1ytf-Yv

4.3. Write Amplification

Write Amplification dùng để chỉ sự chênh lệch giữa lượng dữ liệu ghi trên các page vật lý so với dữ liệu cần ghi thực sự.
Ví dụ:

  • Khi bạn muốn thay đổi một tin tin văn bản 4Kb nhiều lần thì vị trí các block chứa dữ liệu sẽ được cập nhập và ghi nội dung mới. Như vậy, sau khi cập nhập nhiều làn file có dung lượng 4Kb có thể tăng lên thành 4 MB.
  • Nhưng nhờ vào quá trình gagbage collection và TRIM nên hiện tượng write amplification được giảm thiểu. Điều này giúp các block không bị phần mãnh, tăng tốc độ truy xuất và giảm thiểu dung lượng lưu trữ lãng phí.

Xm1Dk-ULE-sf3nVkzb_73asaeR4mwEFnz1DTA0VzShVVHsHUqmeE9csfXqG_

4.4. Wear Leveling

Wear leveling là thuật toán đặc biệt giúp tăng tuổi thọ và độ ổn định cho SSD bằng việc phân bổ dữ liệu ghi lên toàn bộ transistor của NAND flash một cách đồng đều.

Điều này giúp mức độ hao mòn trên các transistor là như nhau và tránh một số page bị ghi quá nhiều lần.

Như vầy, SSD có dung lượng càng lớn thì tuổi thọ càng cao vì có số lượng transistor lớn và tất cả các transistor đều được ghi qua một lượt trước khi bắt đầu chu kì ghi xóa mới.

OB7EfUuoklCXCCbufYCMZZHV7IuE8Bqgdsjxi8AzgFWeJsXiT8qknwFfDBru

Tuy nhiên wear leveling cũng làm tăng hiện tượng write amplification. Bởi vì để phân bổ việc ghi đều khắp các page SSD, thỉnh thoảng wear leveling cần phải ghi và xóa một số block nào đó mặc dầu nội dung lưu trữ không thay đổi.
Giao tiếp
Các giao tiếp SSD phổ biến

-JWajYKQRkRpGwt1SPvts4IFWYqAtge7g2Hf1Dk_1ya7xgHpTvJdIp6ndDeP

Đăng ký dùng thử ngay!