Intel Optane: Khi ổ cứng đĩa từ chạy nhanh như…ổ SSD

(VnMedia) - Dù được công bố tới người tiêu dùng cùng thế hệ chip Core thế hệ thứ 7 (tên mã Kaby Lake), suốt một thời gian qua, bộ nhớ đệm siêu tốc Intel Optane vẫn là một ẩn số - ít nhất là cho tới lúc này.

Chỉ ít lâu sau khi ra thông báo về sự hiện diện của các phiên bản bộ nhớ flash với độ trễ siêu thấp dành cho máy chủ và thiết bị điện toán hiệu năng cao (DC P4800X với 3D XPoint), Intel cũng đã công bố phiên bản dành cho máy tính cá nhân, những phải tới gần đây, những sản phẩm thực tế mới có mặt trên thị trường.

Nguyên lý vận hành của Optane

Khác với DC P4800X có dung lượng tới 375G, độ trễ và tần suất truy xuất dữ liệu tốt hơn hẳn mặt bằng chung SSD tiêu dùng, Optane với dung lượng chỉ 16GB và 32GB thực chất là bộ nhớ đệm siêu nhanh dành cho ổ cứng đĩa từ truyền thống. Những tương đồng giữa loại bộ nhớ mới này cùng với ổ cứng HYBRID và ổ SSD khiến nhiều người dùng tỏ ra hoài nghi về tính thực tế của Optane, bất chấp những tuyên bố mạnh mẽ của Intel về khả năng hỗ trợ tăng tốc các tác vụ máy tính cá nhân cho mọi nhóm người dùng của loại bộ nhớ mới này.

Thực tế, trào lưu sử dụng ổ SSD trong vài năm trở lại đây dường như khiến cộng đồng công nghệ gần như quên đi sự hiện diện của những loại bộ nhớ đệm - thứ thường xuất hiện trong các dòng máy tính xách tay (MTXT) cỡ trung với nhiệm vụ giúp cải thiện hiệu năng với mức chi phí vừa phải. Bộ đệm sử dụng chip nhớ flash thường được thiết kế để lưu những dữ liệu mà hệ thống truy cập một cách thường xuyên nhất (tùy thuộc vào kết quả phân tích thói quen vận hành của máy cũng như người dùng, và chính năng lực của bộ nhớ đệm). Độ trễ truy xuất dữ liệu cực thấp giúp các loại bộ nhớ đệm có ưu thế hiệu năng vượt trội trong các tác vụ như: khởi động hệ thống, đặc điểm khiến cho những cải thiện mang lại khi kết đôi bộ nhớ đệm với ổ cứng đĩa từ chậm chạp càng trở nên rõ nét hơn. 

Có phải bình mới rượu cũ?

Trong thị trường tiêu dùng, giải pháp lưu trữ “lai” không phải khái niệm quá mới mẻ. Bản thân các ổ cứng đĩa từ truyền thống dù có lợi thế tuyệt đối về dung lượng và giá thành trên mỗi GB, lại cũng song hành với những điểm yếu rất lớn như tốc độ truyền tải và thời gian truy xuất dữ liệu tương đối chậm. Một đĩa từ quay có thể đạt tới tốc độ truy xuất dữ liệu khoảng 1/10 giây cho mỗi tác vụ - lâu hơn khá nhiều so với SSD. Trong khi đó, giải pháp lưu trữ “lai” hứa hẹn đem lại giải pháp “vẹn cả đôi đường” khi vừa tận dụng đĩa từ cho việc lưu trữ những dữ liệu ít truy xuất và sử dụng ổ SSD dung lượng thấp làm bộ đệm, đem lại khả năng truy xuất siêu nhanh cho những dữ liệu mà hệ thống thường xuyên cần tới (ví dụ như của hệ điều hành, ứng dụng…).

Dĩ nhiên, Intel không “ngớ ngẩn” tới mức tung ra thị trường một giải pháp theo kiểu “bình mới, rượu cũ” như vậy, chưa kể tới việc dám tuyên bố Optane sẽ không chỉ tăng tốc cho các tác vụ liên quan tới dữ liệu dù người dùng ổ cứng đĩa từ cũ kĩ 5.400 vòng/phút hay SSD SATA nhanh hơn. Bản thân hãng khổng lồ bán dẫn trước đây cũng đã từng thử sức với công nghệ lưu trữ lai khi tung ra Smart Response Technology (SRT) trên chipset Z68 hồi năm 2011 (dành cho bộ xử lý Sandy Bridge). SRT tăng tốc cho ứng dụng bằng cách kết hợp ổ từ và ổ SSD, một khái niệm tương tự như Fusion Drives mà Apple đang triển khai trên các máy iMac (dù không giống hoàn toàn về mặt công nghệ).

Tuy nhiên, nói như thế không có nghĩa là Optane hoàn toàn là SRT. Dù khá tương đồng với SRT về nguyên lý, bộ nhớ mới của Intel lại ẩn chứa nhiều thay đổi quan trọng. Trước hết, SRT và các giải pháp bộ nhớ lai lâu nay chủ yếu chỉ dùng giao tiếp SATA đã khá lỗi thời. Trong khi đó, Intel Optane sử dụng giao tiếp M.2 với giao thức NVMe thông qua bus PCI-Express X4 siêu nhanh. Thêm vào đó, bộ nhớ 3D XPoint hoàn toàn mới cũng được tối ưu hóa cho tác vụ đệm dữ liệu (vốn đọc ghi với tần suất cao trong thời gian dài). Sự kết hợp giữa hai yếu tố này sẽ đảm bảo bộ đệm với Optane luôn có độ bền bỉ và tốc độ truy xuất dữ liệu thậm chí vượt trội ngay cả những dòng SSD SLC “khủng” nhất hiện nay, chưa nói tới các dòng MLC hay TLC dành cho thị trường phổ thông đại trà.

Mặt khác, trong khi SRT có thể vận hành ở hai chế độ đệm: hoặc dữ liệu được ghi vào ổ SSD và sau đó mới được “xả” vào ổ cứng (cơ chế write-back), hoặc dữ liệu được ghi song song vào cả ổ SSD và ổ cứng từ cùng lúc (cơ chế write-through). Dù cơ chế write-back sẽ giúp tăng tốc cả quá trình ghi dữ liệu (tương đương với SSD thuần túy), nó lại tiềm ẩn nguy cơ mất dữ liệu khi có rủi ro xảy ra giữa thời điểm SSD chưa kịp “xả” nội dung vào ổ cứng từ. Trong khi đó, dù chậm hơn (do ghi dữ liệu ở tốc độ của ổ cứng từ), cơ chế đệm dữ liệu write-through sẽ đảm bảo toàn vẹn dữ liệu.

Vì thế, với Optane, Intel chỉ cho phép sử dụng cơ chế đệm write-back nhằm đạt hiệu năng tối đa. Điều này khiến việc kích hoạt/vô hiệu hóa Optane ở cấp hệ điều hành sẽ cần một khoảng thời gian nhất định, nhằm cho phép hệ thống “xả” và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu. Trong trường hợp bạn tháo ổ cứng không theo đúng quy trình, Optane cũng bị vô hiệu hóa tạm thời để tránh dữ liệu bên trong bị ghi đè. Ngược lại, nếu lắp Optane vào hệ thống sẵn có, việc xóa sạch dữ liệu bên trong thanh nhớ này trước khi kích hoạt cơ chế đệm là bắt buộc.

Tương thích rộng rãi hơn so với Smart Response Technology
Trước kia, do chỉ tương thích với chipset cao cấp Z68, việc triển khai SRT tiêu tốn một khoản kinh phí không nhỏ, đi ngược lại với tiêu chí là giải pháp lưu trữ hiệu năng cao cho các hệ thống phổ thông. Chính vì điều này, Intel đã nhanh chóng khắc phục bằng cách mở rộng khả năng hỗ trợ SRT qua các chipset phổ thông hơn trong thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, ngay cả tới lúc này, không phải chipset nào hỗ trợ socket 1151 cho Kaby Lake cũng có thể tận dụng được SRT (mà chỉ có Z270 và Q270 mà thôi).

Ngược lại, Optane tương thích với mọi chipset Kaby Lake (Intel 2xx) bao gồm cả B250 phổ thông, miễn là người dùng sử dụng đúng bộ xử lý Intel Core thế hệ thứ 7 mới (kể cả là các chip cấp thấp). Nói cách khác, hầu như mọi người dùng sắm máy mới vào lúc này đều có khả năng tận dụng Optane, một điểm cộng lớn so với SRT lâu nay.

Trong khi đó, với mức giá chỉ khoảng 1,2 triệu đồng (cho phiên bản 16GB) và khoảng 2 triệu đồng (cho phiên bản 32GB), Intel Optane không phải lựa chọn quá đắt đỏ so với mặt bằng tiêu dùng chung của cộng đồng công nghệ. Đây cũng là mức giá rẻ hơn nhiều nếu so sánh với bộ nhớ DRAM (vốn cũng đóng vai trò bộ đệm siêu nhanh) ở thời điểm hiện nay. 

Ứng dụng nào hưởng lợi từ Optane? 
Để tìm hiểu rõ hơn những thay đổi về hiệu năng mà Optane mang lại cho hệ thống, chúng ta sẽ cùng thử nghiệm thực tế trên hệ thống máy tính với chip xử lý Intel Core i7-7700K và bo mạch chỉ Z270. Bên cạnh thanh nhớ Optane (cả 16GB và 32GB), hệ thống cũng sử dụng ổ cứng Seagate Barracuda 2TB mới (vốn được quảng bá là thích hợp vận hành song song với Optane). Việc chọn ổ cứng tầm trung với tốc độ quay đĩa từ 7.200 vòng/phút thông dụng cũng là chủ ý của tác giả bài viết, nhằm đem tới cho độc giả góc nhìn thực tế hơn, thay vì loại 5.400 vòng/phút có thể càng gia tăng hiệu quả mà Optane mang lại.

Trong vận hành thực tế, Optane thể hiện khá rõ nét những đặc tính của bộ nhớ đệm (thay vì SSD thuần túy). Ở lần chạy đầu đối với mỗi ứng dụng, tác dụng tăng tốc chưa thực sự rõ nét. Tuy nhiên, ngay sau đó những khác biệt hết sức rõ nét, đặc biệt với những tác vụ hàng ngày. Một trong những phép thử đơn giản nhất để đánh giá thay đổi hiệu năng truy xuất dữ liệu chính là khởi động lại máy. Trong tình huống này, Optane thể hiện rõ ưu thế khi giúp hệ thống hoàn tất tác vụ chỉ trong 27 giây (so với 1 phút 5 giây khi chỉ sử dụng riêng ổ cứng), tương đương mức cải thiện khoảng 210%. Đây là khác biệt rất lớn và thậm chí kết quả Optane mang lại ngang ngửa với một số dòng SSD cao cấp hiện nay (thử nghiệm trên cùng hệ thống nói trên).

Tuy nhiên, do giới hạn về dung lượng, về lý thuyết bộ nhớ đệm sẽ suy giảm tác dụng nếu lượng dữ liệu người dùng sử dụng quá lớn (hoặc chạy quá nhiều ứng dụng khác nhau). Trước đây, SRT chỉ hỗ trợ bộ đệm tới 64GB, và Optane hiện nay cao nhất cũng chỉ ở mức 32GB. Với số đông người dùng máy tính, đây là mức đủ. Tuy nhiên, nếu thường xuyên chơi các game hạng nặng đời mới, hiệu năng sẽ dần “tụt” trở lại ngưỡng tương tự như ổ cứng đĩa từ. Bởi lẽ, bộ nhớ đệm không thể đủ lớn để lưu một lượng quá lớn dữ liệu cùng lục, và buộc phải đọc từ ổ cứng (tương tự như tình huống hết bộ nhớ RAM).

Trong thử nghiệm thực tế với CrystalDiskMark – một ứng dụng quen thuộc trong việc đánh giá hiệu năng ổ lưu trữ - hệ thống với Optane dù vẫn đem tới cải thiện, dần suy giảm khi lượng dữ liệu thử nghiệm tăng dần. Khi đạt tới mức 32GB (giới hạn của CrystalDiskMark), phiên bản Optane 32GB cũng bắt đầu thể hiện giới hạn. Tuy nhiên, đây là tình huống rất hiếm gặp trong việc sử dụng máy tính thực tế, hay nói cách khác hầu như người dùng sẽ không phải đối mặt với việc Optane bị “vô hiệu hóa” do quá nhiều dữ liệu, đặc biệt là nếu đầu tư cho loại 32GB.

Đáng chú ý, sau khi thử nghiệm với mức 32GB, thời gian khởi động hệ thống sau đó cũng trở lại tương đồng với khi chỉ sử dụng ổ cứng từ, do Optane phải “xả” toàn bộ dữ liệu thử nghiệm để đệm dữ liệu phục vụ khởi động lại từ đầu – một điều dễ hiểu. Và chỉ sau một lần khởi động hệ thống, hiệu năng Optane đem tới lại thể hiện rõ rệt.

Sự khác biệt về hiệu năng truy xuất dữ liệu của Optane cũng thể hiện rõ khi so sánh với SSD thuần túy. Dù chưa thể sánh được về hiệu năng ghi/đọc dữ liệu liên tục với những loại SSD NVMe đời mới, Optane (đọc dữ liệu liên tục khoảng 1,5GB/giây) lại vượt trội về hiệu năng truy xuất dữ liệu – với tốc độ chênh lệch trong nhiều thử nghiệm thực tế thậm chí có thể lên tới 4-5 lần. Hiệu năng đọc dữ liệu ngẫu nhiên vượt trội (về lý thuyết là hơn 300.000 IOPS) so với ổ SSD phổ biến cũng chính là điểm mạnh giúp Optane hoạt động hiệu quả hơn trong vai trò bộ đệm dữ liệu, tăng tốc hệ thống.

SSD, hay ổ cứng đĩa từ và Optane?

Với những kết quả thử nghiệm thực tế nêu trên, không thể phủ nhận rằng Optane đem lại cải thiện rất lớn cho các hệ thống với ổ cứng đĩa từ. Dĩ nhiên, với ngân sách rộng rãi, đầu tư hệ thống với ổ SSD NVMe cao cấp (giá trung bình khoảng 4 triệu đồng cho phiên bản 256GB) sẽ đem lại hiệu năng tốt nhất. Tuy nhiên, việc lựa chọn SSD SATA hay ổ cứng đĩa từ và Optane lại khá “khó nghĩ”.

Theo khảo sát thị trường CNTT vào thời điểm bài viết này được thực hiện (27/6/2017), giá trung bình cho ổ SSD TLC SATA 256GB vào khoảng 2,2 triệu đồng. Trong khi đó, giá của Optane vào khoảng 1,2 triệu đồng (16GB), còn giá của ổ cứng đĩa từ với dung lượng 2TB là vào khoảng 1,8 triệu đồng. Như thế, nếu lựa chọn SSD, bạn sẽ phải chấp nhận sống chung với mức dung lượng hạn hẹp, hoặc đầu tư tiếp cho ổ cứng đĩa từ để có không gian lưu trữ dữ liệu (với kinh phí tạm tính là 4 triệu đồng). Trong khi đó, lựa chọn Optane sẽ vào khoảng 3 triệu đồng.

Bên cạnh mức kinh phí thấp hơn khoảng 25%, hiệu năng đem lại trong hầu hết các ứng dụng hàng ngày của Optane chắc chắn sẽ tốt hơn như thể hiện trong các thử nghiệm ở trên. Dĩ nhiên, nếu chịu chi cho SSD NVMe PCI-Express cao cấp, bạn sẽ có hiệu năng “vẹn cả đôi đường” nhưng vẫn phải chấp nhận mức dung lượng hạn chế. Hiệu quả của Optane mang lại càng thể hiện rõ trên các hệ thống lưu trữ cỡ lớn.

Trong khi ổ SSD 10TB là điều không tưởng với mọi người dùng phổ thông, việc lựa chọn ổ cứng 10TB và Optane sẽ đem lại tính linh hoạt rất cao trong sử dụng thực tế. Hãy thử hình dung tình huống bạn thường xuyên sử dụng các ứng dụng Office, Web, Adobe trong ngày, và chơi đủ loại trò chơi vào buổi tối. Với dung lượng của SSD, bạn sẽ phải chọn một trong hai để được “tăng tốc”. Trong khi đó, Optane sẽ đem lại hiệu quả mà không cần quan tâm ứng dụng nằm ở “đâu” trong kho hàng chục TB của bạn.

Nói cách khác, với những người dùng bận rộn, việc lựa chọn Optane cũng sẽ giúp giải phóng người dùng khỏi việc phải liên tục chọn lựa ứng dụng để di chuyển ra/vào ổ SSD, cũng như thường xuyên phải dọn dẹp ổ theo định kỳ để có đủ không gian trống. Với Optane, việc cắm-chạy-quên luôn rõ ràng là một lợi thế lớn.

Nguyễn Thúc Hoàng Linh