NAND là gì? Giải mã công nghệ Flash và SSD tốc độ cao

NAND Flash là một loại bộ nhớ flash điện tĩnh có khả năng lưu trữ dữ liệu không bị mất ngay cả khi nguồn điện bị ngắt. Trong bài viết này, mình sẽ giúp bạn hiểu rõ về định nghĩa NAND, cách thức hoạt động, các loại NAND phổ biến trong thị trường hiện nay.

Những điểm chính

1. Định nghĩa NAND: Thuật ngữ NAND có hai nghĩa về NAND Gate (Cổng Logic) và NAND Flash Memory.
2. Cách hoạt động của NAND Flash: Lưu trữ dữ liệu bằng cách bẫy hoặc giải phóng electron trong các ô nhớ, quá trình ghi (Program) và xóa (Erase) dữ liệu dựa trên việc di chuyển electron.
3. Các loại NAND Flash phổ biến: Có các loại như SLC, MLC, TLC, QLC, 3D NAND.
4. Ứng dụng chính: SSD nhanh hơn HDD vượt trội do không có bộ phận cơ khí và truy cập dữ liệu điện tử trực tiếp. Cải thiện đáng kể tốc độ khởi động, tải ứng dụng, truy xuất file, và hiệu suất database cho máy tính cá nhân và máy chủ.
5. Giải pháp của Vietnix: Vietnix thấu hiểu rằng tốc độ và độ ổn định là yếu tố sống còn đối với mọi website và ứng dụng trực tuyến. Do đó, Vietnix luôn ưu tiên đầu tư vào công nghệ lưu trữ tiên tiến nhất.
6. Giải đáp các thắc mắc: Trả lời các câu hỏi liên quan về NAND.

Thuật ngữ “NAND” có thể gây nhầm lẫn vì nó được sử dụng trong hai ngữ cảnh công nghệ khác nhau nhưng có liên quan.

NAND trong cổng Logic (NAND Gate)

NAND gate là một cổng logic kỹ thuật số cơ bản. Chức năng chính là thực hiện phép toán logic KHÔNG-VÀ (NOT-AND). Điều này có nghĩa là ngõ ra của NAND gate sẽ ở mức thấp (0) chỉ khi tất cả các ngõ vào đều ở mức cao (1).

Trong mọi trường hợp khác, ngõ ra sẽ ở mức cao (1). Cổng NAND là một trong những thành phần nền tảng để xây dựng các mạch logic phức tạp hơn, bao gồm cả bộ vi xử lý và nhiều loại chip điện tử khác.

NAND trong bộ nhớ Flash (NAND Flash Memory)

NAND Flash là một loại bộ nhớ flash điện tĩnh (non-volatile storage). Đặc điểm quan trọng nhất của nó là khả năng lưu trữ dữ liệu không bị mất ngay cả khi nguồn điện bị ngắt. Đây là điểm khác biệt cơ bản so với RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên – volatile memory), vốn sẽ mất dữ liệu khi không có điện.

NAND Flash là công nghệ lưu trữ nền tảng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị hiện đại như ổ cứng SSD (Solid State Drive), ổ USB, thẻ nhớ (SD card, microSD card), và bộ nhớ trong của điện thoại thông minh, máy tính bảng. Chính loại NAND này sẽ là trọng tâm trong phần còn lại của bài viết.

Bộ nhớ NAND Flash hoạt động như thế nào?

Về cơ bản, dữ liệu trong NAND Flash được lưu trữ bằng cách bẫy hoặc giải phóng các electron trong một cấu trúc siêu nhỏ gọi là ô nhớ (memory cell).

Mỗi ô nhớ chứa một loại bóng bán dẫn đặc biệt gọi là Floating Gate MOSFET (FGMOS). Trạng thái có hoặc không có electron bị bẫy trong một phần tử gọi là cổng nổi (floating gate) của FGMOS sẽ đại diện cho bit dữ liệu 0 hoặc 1.

Quá trình đưa electron vào cổng nổi để lưu dữ liệu được gọi là ghi (Program), và quá trình loại bỏ electron khỏi cổng nổi để xóa dữ liệu được gọi là xóa (Erase).

Các quá trình này thường sử dụng một hiệu ứng vật lý được gọi là đường hầm Fowler-Nordheim để di chuyển electron qua một lớp cách điện rất mỏng.

Dữ liệu trong NAND Flash không được ghi/đọc từng bit riêng lẻ mà được tổ chức thành các đơn vị lớn hơn:

• Trang (Page): Là đơn vị nhỏ nhất để đọc và ghi dữ liệu, thường có kích thước từ 4KB đến 16KB.
• Khối (Block): Bao gồm nhiều trang. Đây là đơn vị nhỏ nhất để xóa dữ liệu. Điều này có nghĩa là để xóa dữ liệu trong một trang, toàn bộ khối chứa trang đó phải được xóa.

Công nghệ NAND Flash đã phát triển qua nhiều thế hệ, với các loại khác nhau dựa trên số lượng bit dữ liệu mà mỗi ô nhớ có thể lưu trữ và cấu trúc của các ô nhớ.

SLC (Single-Level Cell)

Loại bộ nhớ này có thể lưu trữ 1 bit dữ liệu trên mỗi ô nhớ, nổi bật với tốc độ truy xuất nhanh nhất cùng độ bền vượt trội, có thể chịu được khoảng 60.000 đến 100.000 chu kỳ ghi/xóa (P/E cycles). Tuy nhiên, chi phí sản xuất cho công nghệ này là cao nhất trong tất cả các loại. Do đó, nó thường được ứng dụng trong các thiết bị hoặc hệ thống đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy ở mức cực cao, điển hình là các ổ SSD dành cho máy chủ doanh nghiệp.

MLC (Multi-Level Cell)

Loại bộ nhớ này mang đến sự cân bằng lý tưởng giữa tốc độ, độ bền và chi phí. Với khả năng lưu trữ 2 bit dữ liệu trên mỗi ô nhớ, MLC cung cấp độ bền khoảng 3.000 đến 10.000 chu kỳ ghi/xóa (P/E cycles) cho các ứng dụng tiêu dùng phổ thông. Do đó, công nghệ này rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong các ổ SSD cho người dùng cá nhân có nhu cầu hiệu năng cao, cũng như trong một số dòng SSD dành cho doanh nghiệp.

TLC (Triple-Level Cell)

Với khả năng lưu trữ tới 3 bit dữ liệu trên mỗi ô nhớ, loại bộ nhớ này có mật độ lưu trữ cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn so với MLC. Tuy nhiên, điều này cũng đi kèm với tốc độ và độ bền giảm đi, chỉ chứa khoảng 500 đến 3.000 chu kỳ ghi/xóa. Vì vậy, công nghệ này rất phổ biến và được ưa chuộng trong các sản phẩm SSD tiêu dùng phổ thông, USB và thẻ nhớ nhờ vào mức giá thành hợp lý.

QLC (Quad-Level Cell)

Công nghệ này đạt được mật độ lưu trữ cao nhất nhưng lại có chi phí sản xuất thấp nhất trong các loại bộ nhớ flash NAND. Tuy nhiên, loại này cũng đi kèm với giới hạn về tốc độ và độ bền, chỉ khoảng 100 đến 1.000 chu kỳ ghi/xóa. Do đó, loại bộ nhớ thường được sử dụng chủ yếu trong các ổ SSD giá rẻ với dung lượng lớn, tập trung vào các ứng dụng yêu cầu hoạt động đọc nhiều hơn là ghi, nhằm tối ưu hóa chi phí.

3D NAND (Vertical NAND – V-NAND)

Thay vì sắp xếp các ô nhớ theo một mặt phẳng (gọi là 2D Planar NAND), công nghệ 3D NAND xếp chồng nhiều lớp ô nhớ theo chiều dọc, tương tự như các tầng của một tòa nhà. Lợi ích chính của 3D NAND bao gồm:

• Tăng mật độ lưu trữ: Cho phép tạo ra chip nhớ dung lượng lớn hơn trên cùng diện tích.
• Cải thiện hiệu suất và độ bền: Các ô nhớ trong 3D NAND thường lớn hơn và ít bị nhiễu, giúp tăng tốc độ và số chu kỳ ghi/xóa.
• Giảm tiêu thụ điện năng trên mỗi bit dữ liệu.

Hầu hết các ổ cứng SSD hiện đại ngày nay đều sử dụng công nghệ 3D NAND.

Ưu nhược điểm chính của công nghệ NAND Flash

Công nghệ NAND Flash mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng có những hạn chế nhất định.

Ứng dụng nổi bất nhất của bộ nhớ NAND Flash

Ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất của bộ nhớ NAND Flash chính là làm thành phần lưu trữ cốt lõi bên trong ổ cứng SSD (Solid State Drive). SSD đã tạo ra một cuộc cách mạng về tốc độ và hiệu suất so với ổ cứng HDD truyền thống.

Lý do SSD nhanh hơn HDD một cách vượt trội là vì:

• Không có bộ phận cơ khí chuyển động: SSD không sử dụng đĩa từ quay và đầu đọc/ghi di chuyển như HDD.
• Truy cập điện tử trực tiếp: Dữ liệu được truy cập gần như tức thời thông qua các mạch điện tử đến các ô nhớ NAND, loại bỏ độ trễ cơ học của HDD.

Ảnh hưởng của SSD đến hiệu suất máy tính cá nhân và đặc biệt là máy chủ (server) là rất lớn:

• Tốc độ khởi động hệ điều hành và tải ứng dụng cực nhanh.
• Tốc độ truy xuất file, sao chép dữ liệu, và xử lý các tác vụ I/O (Input/Output – nhập/xuất dữ liệu) vượt trội.
• Truy cập cơ sở dữ liệu (database) nhanh hơn và rất quan trọng cho các ứng dụng web. Vietnix nhận thấy rõ lợi ích này khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng có website dựa trên database.
• Giảm độ trễ (latency) đáng kể, cải thiện khả năng phản hồi tổng thể của hệ thống.
• Với máy chủ, SSD giúp tăng tốc độ tải website, cải thiện khả năng xử lý nhiều yêu cầu đồng thời, và tăng hiệu suất cho các ứng dụng web, cơ sở dữ liệu, VPS (máy chủ riêng ảo). Kinh nghiệm của Vietnix cho thấy nâng cấp lên SSD là một trong những cách hiệu quả nhất để cải thiện hiệu năng server. Truy xuất và xử lý database cực nhanh, tối ưu cho WordPress, CMS, e-commerce.

Tăng tốc website và ứng dụng với giải pháp lưu trữ sử dụng 100% SSD Enterprise NVMe từ Vietnix

Vietnix thấu hiểu rằng tốc độ và độ ổn định là yếu tố sống còn đối với mọi website và ứng dụng trực tuyến. Do đó, Vietnix luôn ưu tiên đầu tư vào công nghệ lưu trữ tiên tiến nhất.

Điểm khác biệt và cam kết của Vietnix:

Tất cả các dịch vụ lưu trữ cốt lõi của Vietnix, bao gồm Business Hosting, NVMe Hosting, VPS Giá Rẻ, VPS NVMe, và cho thuê máy chủ riêng, đều được trang bị 100% ổ cứng SSD Enterprise NVMe tốc độ cao.

• SSD Enterprise: Là dòng SSD được thiết kế đặc biệt cho môi trường doanh nghiệp, máy chủ hoạt động 24/7. Chúng có độ bền vượt trội, khả năng chịu tải cao, tính năng bảo vệ dữ liệu nâng cao (ví dụ: power loss protection – bảo vệ khi mất nguồn đột ngột), và hiệu suất ổn định hơn nhiều so với SSD thông thường.
• NVMe (Non-Volatile Memory Express): Là giao thức giao tiếp được thiết kế tối ưu riêng cho bộ nhớ flash, kết nối trực tiếp qua bus PCIe (Peripheral Component Interconnect Express – giao diện kết nối các thành phần ngoại vi tốc độ cao). NVMe cho phép khai thác tối đa tiềm năng tốc độ của chip NAND Flash, vượt xa giới hạn của giao diện SATA (Serial ATA – giao diện kết nối ổ cứng truyền thống) cũ hơn.

Lợi ích thực tế khi khách hàng sử dụng dịch vụ của Vietnix với SSD Enterprise NVMe:

• Tốc độ tải trang website nhanh chóng, cải thiện trải nghiệm người dùng và SEO.
• Truy xuất và xử lý database cực nhanh, tối ưu cho WordPress, CMS, e-commerce.
• Độ ổn định và tin cậy vượt trội, giảm thiểu downtime.
• Hiệu suất bền vững ngay cả khi tải cao.

Thông tin liên hệ:

• Website: https://vietnix.vn/
• Hotline: 1800 1093
• Email: sales@vietnix.com.vn
• Địa chỉ: 265 Hồng Lạc, Phường Bảy Hiền, Thành Phố Hồ Chí Minh

Công nghệ NAND Flash đã mang lại cuộc cách mạng trong lưu trữ, là nền tảng cho hiệu suất vượt trội của ổ cứng SSD. Việc lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ trang bị hạ tầng lưu trữ sử dụng SSD Enterprise NVMe là yếu tố then chốt cho hiệu suất và độ ổn định của website và ứng dụng.