Hiệu suất giữa CPU và ổ đĩa cứng (HDD) ngày càng nới rộng. Trong vòng 13 năm trở lại đây, tốc độ của CPU tăng 175 lần trong khi hiệu suất của HDD chỉ được cải thiện khiêm tốn ở mức 1,3 lần. Thiết kế cơ khí của các đĩa xoay tạo thành một nút thắt cổ chai đáng kể trong các nền tảng điện toán.

Các đĩa thể rắn SSD (chỉ dùng vật liệu bán dẫn) có thể tăng hiệu năng đáng kể cho các hệ thống lưu trữ. Dù vậy, hầu hết các nhà sản xuất SSD đều dùng số liệu về hiệu suất đọc/ghi tuần tự, hoặc “throughput” (tốc độ truy xuất cao nhất) để đánh giá. Các con số này, mặc dù có ích, nhưng không phản ánh hết được tất cả.

Hiệu suất của đĩa có thể thay đổi theo dung lượng dữ liệu trao đổi và tổ hợp các thao tác truy xuất ngẫu nhiên. Thí dụ, khoảng 70% ứng dụng mà đa số người dùng cuối sử dụng chỉ truy xuất các tập tin dưới 16 KB. Do đó các chỉ số đọc/ghi ngẫu nhiên quan trọng hơn là throughput.

Kiểm chuẩn

Các bộ kiểm chuẩn khác nhau cung cấp các phương thức được chuẩn hoá để đo hiệu năng điện toán, nhưng không phải chúng đều cho kết quả giống nhau. Lí tưởng nhất là nhà sản xuất thiết bị lưu trữ nên cung cấp bộ kiểm chuẩn đánh giá hiệu suất của các hệ thống hoạt động trong điều kiện thực tế.

Chi tiết kĩ thuật của HDD và SSD

Hiệu năng của HDD được đánh giá theo hai thông số: trễ (latency) và thời gian tìm kiếm (seek time). Thời gian tìm kiếm là thời gian để ổ đĩa di chuyển đầu đọc/ghi đến một rãnh (track) bất kì. Trễ là khoảng thời gian từ lúc đầu đọc/ghi di chuyển vào rãnh cần thiết đến lúc nó đọc/ghi được byte đầu tiên. Thời gian truy xuất là tổng của hai giá trị trên.

Trễ được tính bằng 30 chia cho rpm. Thí dụ đĩa SCSI 10.000 rpm có trễ là 3 ms, trong khi các đĩa SATA thông thường 7200 rpm thì con số này vào khoảng 4,2 ms. Thời gian đọc/ghi toàn bộ dữ liệu sau đó thì dưới 0,1 ms, thấp hơn nhiều so với thời gian truy xuất.

Hiệu năng của SSD phức tạp hơn. Hầu hết nhà sản xuất cung cấp số liệu đọc/ghi tuần tự. Mặc dù con số này cho biết khả năng đĩa sử dụng bus SATA hoặc PATA trong một thao tác đọc/ghi, nhưng nó không cho biết khả năng của đĩa SSD trong môi trường thực.

Một chi tiết khác là hiệu năng ghi của SSD. Mặc dù SSD ghi nhanh hơn HDD, nhưng tốc độ vẫn chậm hơn tốc độ đọc của SSD, vì thao tác ghi trên NAND chậm hơn đọc. Cần 25 μs để đọc dữ liệu từ bộ nhớ NAND vào bộ đệm trong, và cần đến ít nhất 800 μs cho thao tác ghi từ bộ đệm trong vào bộ nhớ NAND. Ngoài ra thao tác ghi có thể dẫn đến yêu cầu xoá/chuyển các khối. Chính vì vậy mà SSD luôn có hai thông số khác nhau cho đọc/ghi, chứ không phải chỉ riêng giá trị rpm cho trường hợp HDD.

Ngoài ra còn vấn đề đọc/ghi ngẫu nhiên như đã đề cập. Trong thế giới thực, trên 50% thao tác vào/ra tiến hành trên các tập tin nhỏ (dưới 16 KB).

Các nhà chế tạo thiết bị thường dùng các công cụ kiểm thử phổ biến như PCMark và MobileMark để kiểm thử trong môi trường thực. Có bộ kiểm thử tập trung vào một mảng cụ thể (như game), có bộ thì đo khả năng chung của toàn hệ thống chứ không riêng phần lưu trữ.

Vista Mobile Mark '07 cho kết quả như hình trên. Nó cho thấy, đa số tập tin được truy xuất là tập tin nhỏ, và có 75% là ghi ngẫu nhiên nhỏ, 50% là đọc ngẫu nhiên nhỏ. Nếu dùng các thông số đọc/ghi tuần tự thì chỉ đánh giá được một phần nhỏ của hiệu năng thực mà thôi.

Hiệu năng hệ thống

Một kết quả chi tiết về hiệu năng của SSD sẽ hữu ích cho người kĩ sư, nhưng nó sẽ làm người dùng cảm thấy rắc rối. Người sử dụng thông thường cần một con số hiệu năng để phân biệt SSD này với SSD khác.

Các chương trình kiểm thử hệ thống như PCMark có tính đến tỉ lệ đọc/ghi, kích thước truy xuất vào/ra, tỉ lệ truy xuất ngẫu nhiên/tuần tự, hiệu năng đọc/ghi ngẫu nhiên/tuần tự. Những số liệu này giúp chúng ta có một so sánh thích đáng về tác dụng của các giải pháp lưu trữ lên một hệ thống thực.

Sử dụng điểm số PCMark Vantage, chúng ta sẽ thấy Intel X25-M SATA SSD có điểm số cao hơn HDD 5400 rpm đến 57% (trên cùng hệ thống Core 2 Duo, 2 GB RAM). Tuỳ thuộc vào ứng dụng mà sự chênh lệch sẽ khác nhau. Cũng hai hệ thống trên, SSD chỉ cho tốc độ hơn 40% khi quét spyware bằng Microsoft Windows Defender, nhưng sẽ nhanh gấp đôi HDD khi xuất email trong Microsoft Outlook. Điều này nói lên, thử nghiệm trên các tác vụ hằng ngày sẽ cho kết quả chính xác nhất.

Hải Nam (theo Touhid Raza, Intel)