Khối điều khiển SSD SMI sẽ thay thế SandForce

(PCWorldVN) Sân chơi bộ điều khiển SSD đang nổi lên thương hiệu mới: Silicon Motion. Cái tên này ảnh hưởng thế nào tới sản phẩm SSD hiện tại, trong khi SandForce đang gặp khó khăn

Song song với Corsair LX, Adata SP610 là một trong số ít những đại diện SSD với SM2246EN hiện tại trên thị trường.

Sự hiện diện của ổ SSD trong các loại máy tính cá nhân hiện nay không còn là điều mới. Giá của chúng cũng dần trở nên dễ chịu hơn khá nhiều nhờ các thành phần linh kiện mới. Trong đó, cải thiện đáng kể về hiệu năng của các dòng sản phẩm MLC với bộ điều khiển SandForce đã khiến loại hình lưu trữ này trở nên thông dụng hơn bao giờ hết.
Khối điều khiển SSD – tưởng nhỏ mà lớn!
Trong các sản phẩm ổ SSD, hiệu năng vận hành phụ thuộc nhiều vào chất lượng của chip Flash NAND mà nhà sản xuất sử dụng. Tuy nhiên, khả năng vận hành và những đặc tính của mỗi loại ổ lại do bộ điều khiển SSD quyết định. Thành phần đặc biệt quan trọng này chịu trách nhiệm làm cầu nối cho các giao tiếp giữa máy tính và chip flash, quy định phương thức ra vào của dữ liệu, kiểm soát cơ chế ghi dữ liệu lên các khối bộ nhớ cũng như tỉ lệ lỗi cho phép trong các hoạt động liên quan tới dữ liệu. Chính vì thế, nó có thể xem như hệ thần kinh trung ương của một ổ cứng SSD.
Về mặt cấu tạo, khối điều khiển SSD do một chip vi xử lý đảm nhận. Chip này thường sử dụng kiến trúc ARM với khả năng lập trình rất linh hoạt – điều cho phép nó tương thích với rất nhiều các loại firmware khác nhau. Thực tế thị trường cũng cho thấy nhiều nhà sản xuất SSD đã hợp tác với hãng sản xuất bộ nhớ Flash để tối ưu firmware trong khi một số khác lại sử dụng các firmware chung. Cũng nhờ điều này, với cùng chip nhớ giống nhau, đôi khi bạn sẽ gặp các ổ SSD với dung lượng cao hơn hay với các tính năng “độc” mà các ổ khác không có. Tất cả đều nằm ở khả năng tối ưu firmware sử dụng cho khối điều khiển SSD. Hiện tại, những tên tuổi lớn trong cuộc chơi khối điều khiển bộ nhớ SSD gồm Marvell và Sandforce (Mỹ), Indilinx (Hàn quốc), Jmicron (Đài Loan).
Khác với kết cấu SSD SLC đắt đỏ trước kia, hầu hết các loại SSD hiện tại đều sử dụng kiến trúc MLC đa chip NAND với thủ thuật tận dụng công nghệ đa kênh (phương thức tương tự RAID 0 hay thiết kế đa chip điều khiển song song) và thuật toán đủ tốt nhằm tăng hiệu năng truy xuất dữ liệu (như nén dữ liệu theo cách của SandForce). Chính vì thế, việc điều khiển truy xuất, xử lý thuật toán mã hoá dữ liệu và cách bố trí chip điều khiển trong khối điều khiển SSD là yếu tố tối quan trọng với bất kì sản phẩm hiện có nào trên thị trường.

Thiết kế tham khảo cấu trúc của khối điều khiển SSD SM2246EN.

SandForce – hào quang dần lu mờ?
Nếu từng để ý tới ổ SSD trong suốt vài năm trước 2014, bạn sẽ ít nhiều nghe thấy cái tên SandForce. Thực tế, đây được xem là ”vua” trong cuộc chơi bộ điều khiển SSD vào giai đoạn này. Những ưu thế về giá thành và hiệu năng của khối điều khiển do SandForce thiết kế đã nhanh chóng đưa chúng vào khắp các sản phẩm SSD thông dụng từ Adata, AMP, Corsair, Digicube, Edge Tech, G.Skill Phoenix, Kingston, LSI, Mach Xtreme Technology, Mushkin, OCZ Technology, OWC, Patriot, RunCore, Silicon Power, Unigen, Smart Modular Technologies, Solidata, Soligen, Super Talent hay thậm chí là cả Intel với dòng 520. Ngay tại Việt Nam khi đó, bạn cũng khó lòng có thể tìm mua được một loại SSD phổ thông nào sử dụng chipset khác với SandForce trừ một số ít do Intel hoặc Indilinx sản xuất. Điều này cho thấy vị thế rất lớn của thương hiệu đến từ Mỹ này.
Tuy nhiên, gần đây, những rắc rối của SandForce đã khiến ngành công nghiệp SSD có nhiều biến động. Việc trì hoãn liên tục khối điều khiển SF3700 và việc bị thâu tóm lại liên tục (SandForce bị LSI mua lại vào 2011, sau đó LSI lại bị Avago mua lại vào cuối 2013 và mới đây Seagate lại mua lại bộ phận thành phần Flash của LSI – chính là SandForce) đã khiến các nhà sản xuất SSD rơi vào tình huống khó khăn do quá nhiều trong số họ phụ thuộc vào các bộ điều khiển SandForce. Bên cạnh đó, những thế hệ điều khiển của hãng cũng bắt đầu bộc lộ những yếu điều nhất định trước các nền tảng phần cứng mới. Chính vì điều này, trong khoảng 6 tháng trở lại đây, ngày càng có nhiều thương hiệu phần cứng chuyển sang tìm kiếm các giải pháp khác – nhiều trong số này khá quen thuộc tại thị trường Việt Nam như Adata hay Corsair. Thậm chí, một số thương hiệu dù vẫn trung thành với SandForce nhưng cũng bắt đầu sử dụng thêm cả giải pháp khối điều khiển khác trong chuỗi sản phẩm của mình như OCZ hay PNY. Điều này đã nhanh chóng mở ra cơ hội cho các nhà thiết kế khối điều khiển khác phát triển. Sự hiện diện của càng nhiều các nguồn cung khác nhau sẽ tạo ra sự cạnh tranh có lợi cho người dùng. Mới đây, JMicron cũng hé lộ kế hoạch chiếm lĩnh các khách hàng cũ và thậm chí là cả hiện tại của SandForce trong khi một công ty khác – vốn nằm im một thời gian dài – đã bắt đầu có những động thái tái chiếm thị trường đầy ấn tượng. Đó chính là Silicon Motion hay còn gọi là SMI.

So sánh thông số của SM2246EN và SF-2281 do LSI thực hiện với khá nhiều ưu thế nghiêng về SM2246EN.

Silicon Motion: sẽ kế thừa SandForce?
Dù khá lạ tai với thị trường, SMI là cái tên không mới trong ngành công nghiệp SSD. Thực tế, họ đã tham gia cuộc chơi từ nhiều năm nay nhưng chủ yếu trong lĩnh vực chuyên dụng – điều khiến cho các bộ điều khiển của họ không mấy khi được biết đến. Với “món mới” SM2246EN, Silicon Motion đang cố gắng gia nhập sân chơi và ngay lập tức đã có khá nhiều đối tác quan trọng như Adata với Premier SP610 (hiện cũng đã có mặt tại Việt Nam), Corsair với Force LX hay PNY với Optima (chia sẻ chung một sản phẩm với bộ điều khiển SandForce)… Trên thị trường toàn cầu, khối điều khiển này đã bắt đầu xâm lấn thị phần SSD kể từ cuối 2013 và đặc biệt mở rộng trong 2014. Vậy, so với những gì SandForce đang đem đến cho người tiêu dùng, SMI đem lại những gì khác biệt?
Về mặt kĩ thuật, SM2246EN có thiết kế bốn kênh dữ liệu với một chip đơn 32-bit ARC (Argonaut RISC Core). Sự khác biệt của ARC nằm ở chỗ nó có thể được thiết lập theo ý muốn đồng thời nhà sản xuất có thể thiết kế lại chip xử lý để phù hợp với yêu cầu tác vụ - như bổ sung thêm các tập lệnh hoặc địa chỉ. Như thế, họ có thể tạo ra những thiết kế hiệu quả hơn cho nhu cầu (ở đây là quản lý các chip nhớ flash NAND) thay vì sử dụng các giải pháp chung chung như những loại lõi ARM khác. Nói cách khác, chip xử lý chỉ tập trung xử lý một số nhiệm vụ nhất định do firmware quy định để đảm bảo hiệu suất tối đa. Điều này thể hiện khá rõ khi trong các thử nghiệm thực tế (như PCMark), các dòng ổ với khối điều khiển Sandforce như Samsung 840 Pro hay OCZ Vector hay cao cấp hơn nữa thường chỉ đạt khoảng 80K IOPS thì các loại ổ với SM2246EN thường có thể chạm ngưỡng 90K – hiệu quả hơn nhiều. Trong khi đó, mức tiêu thụ điện trung bình của khối điều khiển này vào khoảng 60mW theo công bố của Silicon Motion. Ở sản phẩm thực tế, nó cũng thường đem lại cho các loại SSD chỉ số tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với Sandforce – điển hình là SF-2281 thông dụng gần đây. Một ví dụ là trên Corsair LS 240GB (chip Toshiba 19nm) với SF-2281, con số này là 0,6W và 4,6W còn với Corsair LX 256GB với SM2246EN, mức tương ứng là 0,6 và 3W mà thôi. Trong khi đó, mức rỗi trên Adata SP610 256GB (chip Micron 20nm) chỉ là 0,3W mà thôi. Điều này cho thấy ưu thế rõ nét của SM2246EN về khả năng tiêu thụ điện – thứ sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới thời lượng pin của MTXT hay tương tự.

Thiết kế bo mạch với khối điều khiển SM2246EN trong Adata SP610 256GB (giống cả với Corsair LX mới)

Ở phương diện thiết kế, SM2246EN là bộ điều khiển NAND với bốn kênh dữ liệu, mỗi trong số này có thể kết nối tới tám đế khác nhau và tương tác với máy tính qua giao tiếp SATA III. Dù Silicon Motion không đề ra dung lượng bộ nhớ tối đa có thể quản lý được cho bộ điều khiển này nhưng với thiết kế sử dụng chip nhớ MLC NAND 128Gbit 20nm của Micron, một số sản phẩm như SP610 của Adata đã có thể chạm ngưỡng 1TB. Để có được mức này, Adata đã bố trí 16 đế NAND cho mỗi kênh dữ liệu với thủ thuật tận dụng khả năng giao tiếp không đồng thời của khối điều khiển SM2246EN (vẫn với giới hạn 8 đế NAND cùng lúc nhưng không ở cùng một thời điểm). Để làm được điều này, hãng đã bố trí một số CE (Chip Enabler) cho phép xác lập số đế NAND có thể được truy cập cùng lúc. Như thế, cùng lúc hai mục tiêu đảm bảo dung lượng lớn và khả năng vận hành trơn tru đã có thể đạt được. Tuy nhiên tính hiệu quả trong vận hành thực tế vẫn cần kiểm chứng thêm. Trong khi đó, các nhà sản xuất khác phần lớn vẫn tạm hài lòng với mức 512GB – thừa đủ cho nhu cầu sử dụng của thị trường tiêu dùng nói chung (vốn đang ưa chuộng chủ yếu là các loại 128GB hoặc 256GB). Từ phía người dùng, việc thu gọn số kênh kết nối dù về lý thuyết sẽ làm giảm mức dung lượng tối đa có thể hỗ trợ (thường không mấy khi là lựa chọn của thị trường phổ thông) nhưng bù lại sẽ có nhiều lợi ích như: giúp chi phí sản xuất giảm đi, thu nhỏ bo mạch cho phép tạo ra các thiết kế ổ mỏng hơn. Cùng với những ưu thế đặc thù khác như hỗ trợ ECC tốt hơn, chỉ số IOPS cao hơn, khả năng hỗ trợ chip NAND tốc độ cao hơn và tính tương thích các loại chip nhớ rộng hơn sẽ đem lại lợi thế rất lớn cho SM2246EN trong việc xâm chiếm thị trường của SF-2281.

Một số so sánh về tiêu thụ năng lượng do Legitreview thực hiện với Angelbird sử dụng SM2246EN và các dòng ổ SF-2281 khác.

Dĩ nhiên, SM2246EN cũng hỗ trợ các công nghệ quan trọng như mã hoá AES 128/256, TCG Opal (nền tảng cho các công nghệ mã hoá toàn ổ) ở cấp phần cứng hay DevSleep nhưng không phải sản phẩm SSD nào trên thị trường cũng hỗ trợ đầy đủ chúng. Tuy nhiên, điều này có thể được thay đổi dễ dàng thông qua việc cập nhật firmware mới.
Như vậy, nhìn chung dường như Silicon Motion đã tạo ra một ứng cử viên khá sáng giá với tiềm năng mạnh thay thế cho huyền thoại SF-2281 của SandForce – vốn độc chiếm thị trường SSD phổ thông trong vài năm gần đây. Với những ưu thế về khả năng tiết kiệm điện, mức IOPS (tác vụ truy xuất trên mỗi giây), tính khả mở cao đối với chip nhớ và ECC với BCH 66bit, SM2246EN hoàn toàn có khả năng thành công. Dù hiện tại, số lượng các sản phẩm SSD với khối điều khiển mới này còn khá hạn chế nhưng hứa hẹn sẽ tăng lên trong thời gian tới, người dùng sẽ có cái nhìn khách quan và rõ nét hơn về năng lực của SM2246EN nói riêng cũng như tầm quan trọng của khối điều khiển SSD nói chung đối với khả năng vận hành của sản phẩm mà họ chọn.

PC World VN, 11/2014 
http://www.pcworld.com.vn/articles/cong-nghe/cong-nghe/2014/11/1236748/khoi-dieu-khien-ssd-smi-se-thay-the-sandforce/