Chọn SSD công nghiệp cho máy tính công nghiệp: 5 điều phải khớp

Một nhà máy lắp mười máy tính công nghiệp cho dây chuyền, mỗi máy dùng ổ SSD thương mại 256 GB vì "SSD nào cũng như nhau". Sau mùa nóng đầu tiên, hai ổ báo lỗi đọc; sau một lần cúp điện lưới, ba máy không khởi động được vì hỏng file hệ thống; đến tháng thứ mười tám, ổ trên máy ghi log liên tục đã hết tuổi ghi. Máy tính vẫn tốt, ổ đĩa là thứ chết trước.

Máy tính công nghiệp được thiết kế chạy nhiều năm ở nơi nóng, rung, mất điện không báo trước. Ổ SSD bên trong nó cũng phải được chọn theo đúng các điều kiện ấy, không phải theo dung lượng và tốc độ như khi mua ổ cho máy tính văn phòng. Bài này đi qua năm điều phải khớp khi chọn SSD công nghiệp cho máy tính công nghiệp, với số liệu lấy từ trang sản phẩm Innodisk tại thời điểm viết.

Vì sao SSD thương mại chết sớm trong máy tính công nghiệp?

• Nhiệt: SSD thương mại thường chỉ được công bố hoạt động ở 0–70 °C và hay giảm tốc khi nóng. Trong tủ điện 50 °C, chip NAND nóng hơn không khí xung quanh nhiều; nhiệt cao làm dữ liệu trong ô nhớ suy giảm nhanh và tăng lỗi bit.
• Ghi liên tục: máy tính công nghiệp ghi log, ghi ảnh camera, ghi cơ sở dữ liệu SCADA 24/7. Ổ TLC thương mại có số chu kỳ ghi xoá (P/E cycle) thấp và không công bố TBW theo chuẩn công nghiệp, nên hết tuổi thọ sớm hơn dự tính.
• Mất điện đột ngột: máy tính công nghiệp thường tắt bằng cách cắt nguồn (chế độ AT). Ổ đang ghi bảng ánh xạ mà mất điện thì có thể mất cả bảng, ổ không nhận nữa hoặc hỏng hệ điều hành.
• Rung: ổ 2,5 inch thương mại vẫn dùng đầu nối SATA gài lỏng; rung lâu ngày làm chập chờn tiếp xúc.
• Đổi lô linh kiện: ổ thương mại đổi chip NAND, controller và firmware giữa các lô mà không đổi tên. Máy tính công nghiệp mua bổ sung sau hai năm có thể nhận ổ khác hẳn, driver và phần mềm ảnh đĩa (image) không còn dùng được.

SSD công nghiệp giải quyết cả năm điểm bằng NAND chọn lọc, dải nhiệt rộng, mạch bảo vệ mất điện, khoá cấu hình linh kiện (fixed BOM) và vòng đời cung cấp dài. Nhưng ngay trong nhóm SSD công nghiệp, vẫn phải chọn đúng, và có năm thứ phải khớp.

Khớp thứ nhất: khe cắm trên mainboard

Điều đầu tiên phải làm là mở máy tính công nghiệp (hoặc đọc datasheet của nó) để biết máy có khe gì. Máy tính công nghiệp dùng nhiều dạng khe hơn máy văn phòng:

• 2,5 inch SATA: khay ổ tiêu chuẩn, phổ biến trên máy hộp và máy rack. Innodisk có 3TG6-P (3D TLC, 128 GB–4 TB) và 3IE7 (iSLC, 20–640 GB) ở dạng này.
• SATA Slim (half-slim): bo mỏng cắm thẳng vào cổng SATA và nguồn trên bo, hay gặp trên máy hộp nhỏ của Advantech, Cincoze. Site đã có bài về SATA Slim 3ME3; dòng 3TG6-P cũng có bản SATA Slim.
• mSATA: khe mini PCIe dùng tín hiệu SATA, phổ biến trên máy nhúng đời 2013–2020. Chú ý mSATA và mini PCIe cùng hình dạng nhưng khác tín hiệu; cắm nhầm là không nhận.
• M.2 SATA (B+M key) 2242/2280: Innodisk M.2 (S80) 3TG6-P là bản M.2 2280 giao tiếp SATA III, dùng cho máy có khe M.2 nhưng bo chỉ hỗ trợ SATA.
• M.2 NVMe (M key): giao tiếp PCIe, tốc độ cao hơn nhiều, cần bo hỗ trợ PCIe trên khe M.2. Không phải khe M.2 nào cũng chạy NVMe.
• SATADOM: ổ nhỏ cắm thẳng vào cổng SATA trên bo, không dây, dùng cho ổ khởi động dung lượng nhỏ.

Lỗi hay gặp nhất là mua M.2 NVMe cho máy chỉ có khe M.2 SATA, hoặc ngược lại. Datasheet máy tính luôn ghi rõ "M.2 2280 M key (PCIe x4)" hay "M.2 B+M key (SATA)". Không có datasheet thì đọc mã in trên khe hoặc nhìn số rãnh khuyết (notch) của đầu cắm.

Khớp thứ hai: loại NAND theo lượng ghi mỗi ngày

NAND flash có ba kiểu lưu trữ chính. SLC (single-level cell) lưu 1 bit mỗi ô, bền nhất, đắt nhất. MLC lưu 2 bit. TLC lưu 3 bit, rẻ nhất, số lần ghi xoá thấp nhất; 3D TLC là TLC xếp lớp, tăng dung lượng và cải thiện độ bền so với TLC phẳng. Innodisk còn có iSLC: chip 3D TLC được firmware cấu hình chạy như SLC, dung lượng giảm còn khoảng một phần ba nhưng số chu kỳ ghi xoá tăng nhiều lần.

Số liệu công bố trên trang Innodisk cho hai dòng 2,5 inch:

Cách chọn theo lượng ghi: ước lượng máy ghi bao nhiêu GB mỗi ngày (log SCADA vài trăm MB, ảnh camera thị giác máy vài chục GB), nhân với số ngày dự kiến chạy, rồi so với TBW của ổ. Máy chỉ chạy hệ điều hành và HMI, ghi ít, thì 3D TLC như 3TG6-P đủ và rẻ hơn theo mỗi GB. Máy ghi liên tục, ghi nhỏ lẻ nhiều lần (cơ sở dữ liệu, log), hoặc ở nơi khó ra thay ổ, thì iSLC như 3IE7 cho tuổi ghi cao gấp hàng chục lần. Bài giới thiệu 3IE7 và 3TG6-P AES trên site có thêm chi tiết từng dòng.

Khớp thứ ba: dải nhiệt của ổ so với nhiệt trong máy

Innodisk công bố hai bản cho hầu hết dòng: bản thường 0–70 °C và bản công nghiệp -40 đến 85 °C. Con số cần so sánh không phải nhiệt độ phòng, mà là nhiệt độ bên trong vỏ máy tính tại chỗ gắn ổ, thường cao hơn nhiệt ngoài 10–20 °C trên máy không quạt. Máy đặt trong tủ điện 45 °C thì ổ có thể ở 60–65 °C, đã sát trần của bản thường. Máy ngoài trời, trên xe, trong kho lạnh thì bắt buộc dùng bản -40 đến 85 °C.

Nhiệt còn ảnh hưởng đến thời gian giữ dữ liệu khi ổ tắt (data retention): ổ TLC để ở nơi nóng lâu ngày mà không cấp điện sẽ mất dữ liệu nhanh hơn. Máy dự phòng cất trong kho nóng nên được bật định kỳ. Các dòng Innodisk có cảm biến nhiệt trong ổ (thermal sensor) để phần mềm đọc và cảnh báo.

Khớp thứ tư: bảo vệ mất điện theo cách máy tắt

Đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa SSD công nghiệp và SSD thương mại, và là điểm hay bị bỏ qua. Máy tính công nghiệp trong tủ điện thường tắt bằng cách cắt nguồn tổng, không qua lệnh shutdown. Mỗi lần như vậy là một lần mất điện đột ngột với ổ đĩa. Innodisk có ba lớp bảo vệ, công bố trên trang từng dòng:

• iCell: mạch tụ điện trên ổ giữ đủ điện để controller ghi xong dữ liệu đang nằm trong bộ đệm xuống NAND khi nguồn mất. Có trên 3TG6-P bản 2,5 inch (tuỳ chọn) và M.2 (S80) 3TG6-P.
• iData Guard: cơ chế firmware bảo vệ bảng ánh xạ và dữ liệu đã ghi khỏi hỏng khi mất điện bất thường, có trên cả 3TG6-P và 3IE7.
• iPower Guard: bảo vệ ổ khi nguồn cấp không ổn định lúc khởi động và tắt máy, tránh lỗi do điện áp chập chờn trước khi mất hẳn.

Quy tắc thực tế: máy tắt bằng cắt nguồn, hoặc lưới điện nhà máy hay sụt áp, thì chọn ổ có iCell hoặc tương đương. Máy tắt bằng lệnh và có UPS thì iData Guard là đủ. Ổ thương mại thường không có lớp nào trong ba lớp này.

Khớp thứ năm: theo dõi tuổi thọ và bảo mật trong suốt vòng đời

Ổ tốt đến đâu cũng mòn. Điều quan trọng là biết trước khi nó hỏng. Innodisk công bố hỗ trợ S.M.A.R.T. và phần mềm iSMART đọc tình trạng ổ (số chu kỳ đã ghi, khối hỏng, nhiệt độ), để bảo trì thay ổ theo kế hoạch thay vì chờ máy dừng. Một số tính năng khác đáng cân nhắc theo ứng dụng:

• Hardware write protect: khoá ghi bằng phần cứng, dùng cho máy chạy ảnh đĩa cố định (kiosk, HMI) để phần mềm lạ không ghi được lên ổ.
• Mã hoá AES-256, TCG Opal 2.0: có trên 3TG6-P; cần khi ổ chứa dữ liệu sản xuất, công thức, dữ liệu khách hàng và máy có thể bị tháo mang đi.
• ETEP (end-to-end data path protection): kiểm tra toàn tuyến dữ liệu từ giao tiếp tới NAND, có trên 3IE7 và M.2 3TG6-P.
• Sốc và rung: hãng công bố 3TG6-P chịu sốc 1.500 G và rung 20 G ở 7–2.000 Hz; ổ không có bộ phận chuyển động nên rung chủ yếu ảnh hưởng đến đầu nối, và đó là lý do nên dùng SATA Slim, mSATA hoặc M.2 bắt vít thay vì 2,5 inch cắm dây trên máy rung mạnh.

Bảng chọn nhanh theo ứng dụng

Câu hỏi thường gặp

SSD công nghiệp khác SSD thương mại ở điểm nào rõ nhất?

Ba điểm: dải nhiệt rộng (-40 đến 85 °C thay vì 0–70 °C), bảo vệ mất điện bằng phần cứng và firmware (iCell, iData Guard, iPower Guard), và khoá cấu hình linh kiện cùng vòng đời cung cấp dài để mua bổ sung sau nhiều năm vẫn nhận cùng ổ. Tốc độ đọc ghi tuần tự thì không khác nhiều.

Máy tính công nghiệp đang dùng ổ 2,5 inch, thay bằng M.2 được không?

Chỉ khi bo mạch có khe M.2 trống và đúng loại tín hiệu (SATA hay PCIe). Nhiều máy có cả khay 2,5 inch lẫn khe M.2 hoặc mSATA; khi đó nên chuyển ổ hệ điều hành sang dạng bắt vít để tránh lỗi tiếp xúc do rung, giữ khay 2,5 inch cho ổ dữ liệu.

iSLC có phải là SLC thật không?

Không. iSLC là chip 3D TLC được firmware cấu hình để mỗi ô chỉ lưu 1 bit, nên độ bền tăng nhiều lần so với TLC (hãng công bố 3IE7 tới 100.000 chu kỳ ở bản công nghiệp) với giá thấp hơn SLC thật, đổi lại dung lượng tối đa nhỏ hơn.

Có cần ổ có iCell nếu máy đã có UPS?

UPS bảo vệ khi mất điện lưới, nhưng không bảo vệ khi người vận hành cắt nguồn máy bằng aptomat trong tủ, khi dây nguồn DC lỏng do rung, hay khi chính UPS hỏng. Máy trong tủ điện tắt bằng cắt nguồn thì nên có iCell dù có UPS.

Làm sao biết ổ sắp hết tuổi thọ để thay trước?

Đọc S.M.A.R.T. bằng iSMART hoặc công cụ tương đương, theo dõi chỉ số phần trăm tuổi thọ còn lại và số khối hỏng. Đặt ngưỡng thay ổ khi còn 20–30 % và ghi vào lịch bảo trì cùng với pin CMOS và quạt tủ.

QTCo làm được gì cho bạn

Đội kỹ thuật Quyết Thắng (QTCo) kiểm khe cắm và tín hiệu trên máy tính công nghiệp của bạn trước khi báo giá, tư vấn loại NAND theo lượng ghi thực tế, cấu hình sẵn ổ với hệ điều hành hoặc ảnh đĩa theo yêu cầu, và hướng dẫn theo dõi tuổi thọ ổ bằng iSMART. Bộ nhớ công nghiệp thường đi cùng chiếc máy tính công nghiệp chứa nó, nên mục ổ cứng và RAM công nghiệp trên ipc247.com liệt kê các dòng đang có theo dạng khe và dung lượng để chọn cùng lúc với máy. Trên site này, chuyên mục SSD công nghiệp có bài riêng cho từng dòng Innodisk.

Nguồn tham khảo

• Trang sản phẩm Innodisk 2.5″ SATA SSD 3TG6-P (innodisk.com)
• Trang sản phẩm Innodisk 2.5″ SATA SSD 3IE7 (innodisk.com)
• Trang sản phẩm Innodisk M.2 (S80) 3TG6-P (innodisk.com)
• Trang sản phẩm Innodisk SATA Slim 3TG6-P (innodisk.com)
• Trang sản phẩm Innodisk mSATA 3TG6-P (innodisk.com)