Sử dụng phù hợp phần cứng làm tăng cao hiệu suất và hiệu quả sử dụng máy tính

1/15/2020 - 12:00 AM
Sử dụng chiếc máy tính hiệu năng cao, đáp ứng được các nhu cầu với chi phí thấp nhất là mong muốn của tất cả người dùng. Điều này đồng nghĩa với việc sử dụng máy tính có các thành phần phù hợp đạt được hiệu năng xử lý tốt nhất với chi phí không tăng.
1. Sử dụng máy tính với các thành phần phù hợp để đạt tốc độ xử lý cao nhất
        Một máy tính chỉ đạt được tốc độ xử lý cao nhất khi các bộ phận cấu thành được tối ưu hóa để phát huy hết khả năng về công nghệ, có nghĩa là băng thông của các phần cứng tham gia xử lý dữ liệu tương đương nhau. Điều này chỉ có ở các siêu máy tínhmáy tính được trang bị tối đa theo yêu cầu. Song đối với các máy tính thông thường thì việc làm sao bán được nhiều lại được các nhà sản xuất đặt lên hàng đầu chứ không phải là việc tối ưu hóa cấu hình để máy tính đạt tốc độ xử lý cao nhất. Do đó, các máy tính thông thường trên thị trường thường chỉ được trang bị RAM ổ lưu trữ với dung lượng và tốc độ ở mức cơ bản theo phân khúc thị trường.
        Trên thực tế, ngay cả khi được trang bịSSD kết nối bằng cổng SATA 3.2 mới nhất cũng chỉ cho tốc độ tối đa 750 MB/s; thậm chí ổ HDD và ổ SSD trên server kết nối qua cổng SAS mới nhất hiện nay thì tốc độ truyền dữ liệu tối đa cũng không quá 3,0 GB/s. Trong khi ổ SSD kết nối bằng PCIe 3.0 có thể đạt tốc độ tối đa từ 3,5 GB/s đến 10 GB/s. Mặt khác, băng thông tối đa của RAM DDR3 thôi cũng có thể đạt hơn 10 GB/s, DDR4 hiện tại lên đến 64 GB/s; còn CPU tầm trung hiện nay đã có băng thông 80 - 90 GB/s

Ổ cứng SSD
        Như vậy, đã xảy ra hiện tượng nghẽn thắt về tốc độ xử lý từ lâu nay của phần lớn máy tính mà chủ yếu xảy ra tại ổ lưu trữ và một phần ở RAM, hạn chế rất nhiều hiệu năng xử lý tối đa của CPU.
        Đối với các siêu máy tínhmáy chủ lớn thường giải quyết tốt nút thắt tốc độ bằng giải pháp sử dụng nhiều nhân CPU cùng hoạt động dùng chung rất nhiều RAM (máy chủ lớn có thể được trang bị RAM tới hàng trăm Gigabyte, có khi đến hàng chục Tetabyte; còn siêu máy tính lên tới hàng nghìn Tetabyte) và có dùng thêm cả GPU hỗ trợ xử lý. Khi đó máy tính gần như chỉ xử lý dữ liệu tại RAMGPU mà không cần trung chuyển qua lại ổ lưu trữ.
        Ngày nay, các giao thức kết nối trong kiến trúc Mainboard mới tạo nên sự khác biệt lớn giữa các máy tính và góp phần quyết định máy tính đó là cao cấp hay trung bình. Gồm có các kết nối bên trong như cổng IDE (đã lạc hậu), SATA (không còn ưu thế), PCIe (với phiên bản mới rất mạnh đang tạo ra sự khác biệt lớn về tốc độ xử lý khi dùng kết nối ổ lưu trữ thế hệ mới 3D-NAND, Optane,... và kết nối card đồ họa - GPU); Các kết nối thiết bị ngoại vi như cổng VGA/COM, Sound, DVI, PC card (giờ đã lạc hậu); USB, HDMI, Express Card…(đang rất phổ dụng và liên tục ra đời phiên bản mới mạnh mẽ); Displayport, Thunderbolt (hiện tại là cổng kết nối thế hệ mới có khả năng truyền dữ liệu rất mạnh mẽ và đa năng).

        Các giao thức kết nối tiên tiến hiện đại được các CPU thế hệ mới hỗ trợ và đang hiện diện trên các máy tính hiện nay, như hình bên.

Các giao tiếp kết nối được chip Intel Core thế hệ 10 hỗ trợ.
        Trong đó, đặc biệt quan trọng là kết nối giữa các thành phần vật lý cốt lõi quyết định sức mạnh của cỗ máy tính, gồm kết nối giữa CPU với chipset, RAM, màn hình và cổng giao tiếp số; giữa GPU, ổ lưu trữ với chipset. Theo đó, sức mạnh và hiệu năng chung của 1 máy tính hay sự hoạt động tối ưu của các bộ phận cấu thành của máy tính phụ thuộc rất nhiều vào các giao tiếp kết nối giữa chúng. Đối với các kết nối thì vấn đề hàng đầu cần lưu ý là tốc độ/ băng thông truyền dữ liệu giữa các bộ phận với nhau
        Như vậy, để đạt được hiệu năng xử lý cao nhất thì máy tính phải phát huy được hết sức mạnh xử lý nhiều luồng của các CPU đa nhân đời mới hiện nay (phổ biến có 4-8 nhân xử lý, CPU cao cấp số lượng nhân và luồng lên đến hàng chục) và của các giao thức kết nối. Khi đó máy tính phải được trang bị nhiều RAM vật lý với băng thông đủ cho nhu cầu xử lý của CPU trang bị ổ lưu trữ thế hệ mới với kết nối phù hợp (có băng thông tương đương với của RAM). Điều này chỉ có ở một số máy tính cao cấp nhất, với những máy tính còn lại thì người dùng thường phải mua bổ sung hoặc thay thế RAM ổ lưu trữ. Hiện nay với sự phát triển về công nghệ lưu trữ cho phép thực hiện việc này khá đơn giản bằng giải pháp sử dụng ổ SSD kết nối bằng giao tiếp PCIe. Riêng với nhu cầu cao về đồ họa thì cần trang bị thêm GPU phù hợp. Nó đặc biệt hiệu quả trong xử lý đồ họa nặng, góp phần quan trọng vào hiệu năng chung của máy tính.
2. Sử dụng ổ lưu trữ phù hợp là góp phần tăng cao hiệu suất và hiệu quả sử dụng máy tính

        Hiện nay, để phát huy được khả năng mạnh mẽ của phần cứng với công nghệ luôn được đổi mới thì hầu hết máy tính đều chạy phiên bản cập nhật mới của hệ điều hành (Windows, MacOS, Linux …) và phần mềm ứng dụng (như Office 2016/2019, Adobe Acrobat XI-DC, Photoshop CS2-CS6…). Song, hệ điều hành cũng như các phần mềm ngày nay đã trở nên cồng kềnh và nhiều trường hợp rất nặng nề. Mặt khác, hầu như các máy tính hiện nay đều được trang bị CPU, RAM, card đồ họa với các giao tiếp đời mới có hiệu năng mạnh mẽ, nhưng ổ lưu trữ lại thường khá chậm chạp được đổi mới, mặc dù ổ SSD đang rất phổ cập với giá rẻ đi rất nhiều, và vẫn có khá nhiều máy tính được trang bị ổ HDD (Hard Disk Drive). Đặc biệt là các máy tính thế hệ cũ thì gần như chỉ được trang bị ổ HDD.

So sánh cấu tạo HDD và SSD
        Trên thực tế, từ lâu nay thường xuyên tồn tại nút thắt về tốc độ xử lý trên phần lớn máy tính mà chủ yếu xảy ra tại ổ lưu trữ một phần ở RAM. Điều đó đã hạn chế rất nhiều hiệu năng xử lý của máy tính, gây nên bởi tốc độ load từ ổ lưu trữ hệ điều hành, ứng dụng và dữ liệu chậm hơn khá nhiều (không kịp) tốc độ xử lý của CPU RAM. Với kết nối SATA 3.2 mới nhất hiện nay ổ HDD đạt tốc độ tối đa 750MB/s, ổ SSD 2D-NAND có tốc độ cao nhất 1,25 GB/s. Tốc độ này chưa bằng 1/2 của DDR3 bus 1066 MHz, 1/4 DDR4 bus 2133 MHz, làm giảm nhiều tốc độ xử lý của máy tính. Như thế kết nối SATA sẽ hạn chế rất nhiều sức mạnh của ổ SSD thế hệ mới khi mà chúng có thể đạt tốc độ/ băng thông cao hơn nhiều: 3,5GB/s với 4lane PCIe3 và 5GB/s với 4lane PCIe4; tốc độ còn hơn nữa với số lane kết nối PCIe nhiều hơn..
        Hiện tại, mặc dù có nhiều dòng/loại ổ lưu trữ với công nghệ khác nhau, đem lại hiệu suất rất khác nhau, cùng với nhiều mức dung lượng khác nhau đã tạo nên rất nhiều lựa chọn về ổ lưu trữ cho một chiếc máy tính. Song tựu chung, để phát huy được tối đa khả năng (đạt hiệu năng xử lý cao nhất) của cấu hình một chiếc máy tính thì việc lựa chọn và sử dụng kiểu ổ lưu trữ tương thích phù hợp từ 3 “chủng loại” cơ bản dưới đây là một biện pháp đơn giản và đạt hiệu quả tốt nhất hiện nay.
3. Ổ lưu trữ HDD truyền thống.

        Ổ đĩa cứng - HDD ra đời từ năm 1956 và được sử dụng rất phổ biến ở hầu hết các máy tính từ đó đến nay. Chúng có ưu thế nổi trộigiá hiện tại rẻ hơn bền hơn rất nhiều so với ổ SSD. HDD gồm 2 kiểu dạng vật lý chính 3,5 inch (thường dùng cho desktop, máy trạm, máy chủ), 2,5 inch (thường dùng cho laptop và máy chủ). HDD chia thành 4 phân khúc: cấp thấp, phổ thông, trung cấp và cao cấp với các thông số kỹ thuật và giá cả ở bảng dưới đây.

Thông số kỹ thuật các loại ổ lưu trữ phổ biến cho máy tính hiện nay
4. lưu trữ SSD công nghệ NAND, 3D-NAND
        Ổ SSD  (Solid State Drive)  công nghệ flash NAND xuất hiện đã lâu (năm 1989), song cách đây mấy năm giá vẫn còn rất cao. SSD có nhiều dạng vật lý kiểu lắp rời (hình dưới), và cả kiểu hàn thẳng vào bo mạch chính. Song, hầu hết SSD được kết nối với mainboard bằng SATA, SAS PCIe 3.0/4.0.
        Các ổ SSD flash sử dụng kết nối SATA cho tốc độ tối đa 600 GB/s. Gần đây đã ra đời loại ổ SSD flash tốc độ cao, sử dụng kết nối bằng PCIe 3.0/ PCIe 4.0, gọi là ổ NVM Express (NVMe – Non-Volatile Memory Express). Về lý thuyết, giao tiếp PCIe 3.0 x 4lane đạt tốc độ tới 3,96GB/s (tức 4 làn 985MB/s), nhanh vượt trội so với tốc độ của SATA 3. Ưu điểm nổi bật của ổ SSD không chỉ ở tốc độ nhanh mà còn ở vấn đề tỏa nhiệt rất ít so với HDD. Thêm nữa là SSD chạy gần như không phát tiếng ồn. Điều này thì HDD thua tuyệt đối. SSD flash NAND chia thành 4 phân khúc: phổ thông, trung cấp, cao cấp và siêu cấp có các thông số kỹ thuật và giá cả như ở bảng trên.

So sánh kích thước các kiểu dạng vật lý của ổ lưu trữ
        Ở thời điểm hiện tại (8/2019), khi mà ổ lưu trữ SSD flash NAND đã trở lên phổ biến đại trà với giá giảm 50% so với đầu năm 2018 thì việc ưu tiên trang bị ổ lưu trữ SSD sẽ giúp máy tính đạt được hiệu năng xử lý cao hơn và đang trở thành nhu cầu rất thiết thực, có tính hiệu quả cao.
        Trong thực tế, nhiều PC tầm trung và cả PC cao cấp sử dụng kết hợpSSD NAND (với dung lượng không lớn, thường 100 GB - 500 GB) làm ổ hệ thống, nhằm đạt được tốc độ khởi động hệ điều hành và chạy phần mềm nhanh hơn, cùng ổ HDD (với dung lượng hàng Terabyte) làm ổ Data. Đây là giải pháp đem lại hiệu quả cao về trang bị lưu trữ cho máy tính, giúp cho máy tính có được tốc độ cao hơn mà không bị đội giá lên nhiều, trong khi vẫn có được nhiều dung lượng lưu trữ hơn.
5. Ổ lưu trữ SSD công nghệ mới có tốc độ siêu hạng
         Ổ lưu trữ công nghệ mới có tốc độ và độ bền rất cao (như SSD công nghệ 3D Xpoint có thể phát triển đạt tốc độ tối đa 20 GB/s, ổ NVDIMM công nghệ PCM - bộ nhớ đổi pha - có thể đạt tốc độ tối đa 42 GB/s …), nhưng giá cũng rất cao (hiện tại gấp 6 - 40 lần giá ổ SSD flash NAND phổ thông). Tạm thời các ổ lưu trữ công nghệ mới này sử dụng kết nối PCIe 3.0/4.0 nên tốc độ đọc tối đa bị hạn chế.

Ổ SSD Optane DC M2 mới nhất của Intel sử dụng 12lane PCIe 3.0 đạt tốc độ 9,5 GB/s
        Nhưng khi được kết nối bằng giao tiếp có tốc độ phù hợp như PCIe 5.0 (24 GB/s), OmniPath (25 GB/s), InfiniBand (25 GB/s) hay Fabric protocol (30 GB/s), Silicon Photonics (42 GB/s) thì sẽ phát huy được tối đa khả năng của chúng, đạt tốc độ đọc lên đến 20 - 40 GB/s, tốc độ ghi đạt 16 - 36 GB/s. Hiện tại, những ổ lưu trữ công nghệ mới này được định hướng dùng trên máy trạm, máy chủ lớn hoặc siêu máy tính và chúng chỉ tương thích với thành phần đời mới khác có hỗ trợ riêng.
        VD: Dòng ổ Optane DC mới nhất được Intel phát hành đầu năm 2019 cho phép xử lý khối lượng giao dịch tăng lên tới 2,7 lần mỗi giây so với các ổ 3D-NAND NVMe trên các máy chủ Workload. Tuy nhiên, hiện tại (8/2019) với mức giá cao gấp 5-6 lần (2,5 - 3,5 triệu VNĐ/100GB) so với ổ SSD NAND phổ thông cùng dung lượng, có lẽ người tiêu dùng thông thường sẽ phải chờ thêm một thời gian nữa.
        Còn ổ NVDIMM công nghệ PCM của IBM hiện tại có tốc độ truy xuất tối đa đạt 32 GB/s, có giá rất cao, gấp đến 40 lần so với ổ SSD NAND phổ thông có cùng dung lượng (khoảng 350 - 370 USD/100GB tại Mỹ), nên hiện nay chúng chỉ được sản xuất ở qui mô nhỏ để dùng cho các siêu máy tính hiện đại và máy chủ lớn tại trung tâm dữ liệu, như siêu máy tính thế hệ mới do IBM chế tạo.
6. Vài lưu ý giúp sử dụng lâu bền ổ lưu trữ của máy tính

        Ưu điểm nổi bật của ổ SSD không chỉ ở tốc độ nhanh mà còn ở vấn đề tỏa nhiệt rất ít so với HDD. Thêm nữa là SSD chạy gần như không phát tiếng ồn. Điều này thì HDD thua tuyệt đối. Song với SSD-NAND cũng có những điểm yếu.
        Thực tế đã được chứng thực, bộ nhớ NAND làm nên SSD có tuổi thọ giới hạngiảm dần khi cell nhớ trở nên nhỏ hơn, các điểm (node) xử lý chu trình ghi/xóa cũng bị thu hẹp lại và số lần yêu cầu sửa lỗi ở mỗi node mới cũng tăng dần qua thời gian. NAND có tốc độ truy xuất cao nhưng việc đọc/ghi dữ liệu cũng làm giảm tuổi thọ bộ nhớ. Ổ HDD rất bền vật lý. Song để sử dụng lâu bền ổ lưu trữ vẫn nên thực hiện:

         i) Không để ổ lưu trữ quá nóng, cần giữ hoạt động ổ định ở khoảng nhiệt độ Tomax < 70oC.
         Nói chung ổ lưu trữ bị quá nóng - thường xuyên hoạt động ở nhiệt độ cao (Tomax > 70oC) thì sẽ nhanh hỏng. Riêng đối với ổ SSD-NAND thì cần giữ hoạt động ổ định ở khoảng nhiệt độ Tomax < 60oC.
         ii) Hạn chế sử dụng các phần mềm chống phân mảnh ổ lưu trữ (Perfect Disk, Disk Keeper…)
          Nếu cho các phần mềm này chạy thường trú sẽ làm cho ổ lưu trữ truy xuất thường xuyên và hệ thống sẽ bị chậm lại và tất nhiên là lưu trữ sẽ nhanh chết hơn. Tốt nhất sử dụng trình Defragmenter mặc định của windows, nhưng chỉ áp dụng cho ổ cứng HDD, tuyệt đối không chống phân mảnh cho ổ SSD, dù bằng Defragment and Optimize Disks của Windows hay bất kỳ tiện ích nào khác. Vì điều đó sẽ làm cho ổ SSD nhanh chết.
        iii) Hạn chế Format lại ổ lưu trữ hoặc cài đặt lại phần mềm quá nhiều lần, nhất là “Ghost” hoặc “bung Ghost” bằng phần mềm Hiren’sBoot hay bằng phần mềm khác tương tự. Riêng đối với ổ SSD-NAND thì lại càng cần hạn chế cài đặt; đặc biệt là tránh việc Format lại ổ SSD-NAND sẽ làm cho ổ SSD rất nhanh chết.
         iiii). Dĩ nhiên, cần tránh tác động hóa học, vật lý quá mạnh; sốc điện, rơi chất lỏng vào ổ lưu trữ…
                                                                                                                                                                                Hà Nội, 15/1/2020
                                                                                                                                                                                Nguyễn Quang Chung
Đăng ký nhận bản tin Register