Dung lượng ổ cứng đã tăng từ khoảng 5 triệu ký tự trên chiếc IBM 350 nặng gần một tấn năm 1956 lên khoảng 30 terabyte trong một ổ 3,5 inch cầm vừa tay vào năm 2024, tức gấp vài triệu lần. Mật độ ghi trên mặt đĩa còn tăng nhiều hơn thế, khoảng nửa tỉ lần. Nhịp tăng ấy từng nhanh hơn cả định luật Moore và được gọi là định luật Kryder, nhưng đã chậm hẳn lại từ khoảng năm 2010.
Chiếc ổ cứng đầu tiên: IBM 350 RAMAC
Năm 1956, IBM giới thiệu hệ máy RAMAC 305, đi kèm bộ lưu trữ IBM 350, chiếc ổ đĩa từ đầu tiên cho phép đọc ghi ngẫu nhiên: muốn lấy dữ liệu ở đâu thì đưa đầu đọc tới đó, không phải tua từ đầu như băng từ.
- Gồm 50 đĩa, mỗi đĩa đường kính 24 inch (khoảng 61 cm), xếp chồng như chồng đĩa hát.
- Chứa khoảng 5 triệu ký tự loại 6 bit. Quy ra byte ngày nay vào khoảng 3,75 MB, dù sách báo hay làm tròn thành 5 MB.
- Nặng khoảng một tấn, to cỡ hai tủ lạnh đứng cạnh nhau.
- Không bán mà cho thuê, theo nhiều tài liệu khoảng 3.200 USD mỗi tháng thời đó.
Năm triệu ký tự nghe nhiều, nhưng chỉ bằng dung lượng của một tấm ảnh chụp bằng điện thoại hôm nay.
Bảng mốc dung lượng
| Năm | Mốc | Dung lượng (khoảng) |
|---|---|---|
| 1956 | IBM 350, 50 đĩa 24 inch | 3,75 MB |
| 1980 | IBM 3380, cỡ tủ lạnh | 2,5 GB |
| 1980 | Seagate ST-506, ổ 5,25 inch đầu tiên cho máy tính cá nhân | 5 MB |
| 1991 | Ổ 3,5 inch phổ biến cho máy tính cá nhân | vài chục tới khoảng 100 MB |
| 2007 | Hitachi Deskstar 7K1000, ổ 1 TB đầu tiên | 1 TB |
| 2013 | Ổ bơm khí heli đầu tiên của HGST | 6 TB |
| 2024 | Ổ ghi bằng nhiệt hỗ trợ (HAMR) cho trung tâm dữ liệu | khoảng 30 TB |
Từ 3,75 MB lên 30 TB: 30.000.000 MB chia 3,75 MB ≈ 8 triệu lần. Trong khi thể tích ổ giảm từ cỡ hai tủ lạnh xuống cỡ một quyển sách.
Định luật Kryder: mật độ ghi đi trước Moore
Năm 2005, tạp chí Scientific American đăng bài về Mark Kryder, khi đó là phó chủ tịch nghiên cứu của hãng Seagate, với nhận xét rằng mật độ ghi trên đĩa cứng tăng còn nhanh hơn số bóng bán dẫn trên chip. Bài báo đặt tên cho xu hướng này là "định luật Kryder".
Đại lượng chính ở đây là mật độ ghi trên bề mặt: bao nhiêu bit nằm trên một inch vuông mặt đĩa.
- IBM 350 năm 1956: khoảng 2.000 bit trên mỗi inch vuông.
- Ổ đời mới giữa thập niên 2020: vào khoảng hơn 1 terabit (một nghìn tỉ bit) trên mỗi inch vuông.
1.000.000.000.000 chia 2.000 = 500 triệu. Mật độ tăng khoảng nửa tỉ lần trong gần bảy mươi năm. Nếu một bit năm 1956 to bằng cả một sân bóng đá, thì bit ngày nay chỉ còn cỡ một hạt đậu xanh (diện tích sân khoảng 7.000 mét vuông chia nửa tỉ ra chừng 14 milimét vuông).
Nhịp tăng không đều
Theo các số liệu tổng hợp của ngành, mật độ ghi tăng khoảng 25–40% mỗi năm trong nhiều thập kỷ đầu. Cuối thập niên 1990 tới đầu thập niên 2000, có giai đoạn nó tăng tới khoảng 60–100% mỗi năm, nhanh hơn Moore. Sau khoảng năm 2010, nhịp tụt xuống chỉ còn khoảng dưới 10–15% mỗi năm. Định luật Kryder, chỉ vài năm sau khi được đặt tên, đã chậm lại.
Bốn cú đẩy kỹ thuật
- Đầu đọc từ trở khổng lồ (GMR): dựa trên hiệu ứng do Albert Fert và Peter Grünberg phát hiện độc lập năm 1988, đoạt giải Nobel Vật lý 2007. IBM đưa đầu đọc GMR vào ổ cứng từ năm 1997. Đầu đọc nhạy hơn thì bit nhỏ hơn vẫn đọc được. Đây là động lực của giai đoạn tăng vọt cuối thập niên 1990.
- Ghi vuông góc: thay vì nằm dọc trên mặt đĩa, các vùng từ được "dựng đứng" lên, xếp sát nhau hơn. Ổ thương mại dùng kiểu này từ khoảng 2005–2006.
- Bơm khí heli: heli nhẹ hơn không khí khoảng bảy lần, ít cản và ít rung, cho phép xếp nhiều đĩa mỏng hơn trong cùng một vỏ. Ổ heli đầu tiên ra năm 2013.
- Ghi bằng nhiệt hỗ trợ (HAMR): một tia laser nhỏ đốt nóng điểm cần ghi trong tích tắc, làm vật liệu bền từ hơn trở nên dễ ghi. Vật liệu bền từ hơn giữ được bit nhỏ hơn mà không bị nhiễu nhiệt xoá mất.
Vì sao nhịp chậm lại sau 2010? Khi bit quá nhỏ, nhiệt độ phòng đủ làm hướng từ của nó tự lật ngẫu nhiên, gọi là giới hạn siêu thuận từ. Muốn bit nhỏ hơn phải dùng vật liệu khó ghi hơn, nên cần thêm laser. Mất gần hai mươi năm để đưa HAMR từ phòng thí nghiệm ra sản phẩm.
Giá mỗi gigabyte rẻ đi thế nào
Các con số dưới đây làm tròn theo những bảng giá lịch sử được tổng hợp công khai, nổi tiếng nhất là bộ sưu tập giá linh kiện máy tính của John C. McCallum. Giá theo đồng đô la từng thời điểm, chỉ để thấy bậc độ lớn.
| Thời điểm | Giá ổ cứng mỗi GB (khoảng) |
|---|---|
| Giữa thập niên 1980 | hàng chục nghìn USD |
| 1995 | vài trăm USD |
| 2000 | khoảng 10 USD |
| 2010 | khoảng 0,1 USD |
| Đầu thập niên 2020 | khoảng 0,015–0,03 USD |
Từ 2000 tới 2010, giá mỗi GB giảm khoảng một trăm lần trong mười năm. Từ 2010 tới đầu thập niên 2020, chỉ giảm khoảng năm lần. Đường cong giá gãy cùng lúc với đường mật độ.
Ổ thể rắn: đường cong song song
Ổ SSD dùng chip nhớ flash, không có đĩa quay. Giá mỗi GB của SSD từng cao hơn ổ đĩa quay hàng chục lần, nhưng giảm nhanh nhờ xếp chồng các lớp ô nhớ theo chiều đứng (3D NAND, đã vượt hai trăm lớp) và nhờ mỗi ô lưu được nhiều bit hơn. Tính tới giữa thập niên 2020, SSD đã gần như thay ổ quay trong máy tính cá nhân; ổ quay chủ yếu còn sống ở trung tâm dữ liệu và kho lưu trữ dung lượng lớn, nơi giá mỗi terabyte quan trọng hơn tốc độ.
Tự tính: điện thoại của mình bằng bao nhiêu chiếc RAMAC
Lấy một điện thoại có bộ nhớ 128 GB. 128 GB = 128.000 MB (tính theo hệ thập phân như nhà sản xuất ghi).
- 128.000 MB chia 3,75 MB ≈ 34.000 chiếc IBM 350.
- Mỗi chiếc nặng khoảng một tấn, tức khoảng 34.000 tấn, ngang trọng lượng một con tàu chở hàng cỡ vừa.
- Một ảnh điện thoại khoảng 3 MB, nên 128 GB chứa được khoảng 40.000 ảnh nếu không cài gì khác.
Còn một chi tiết hay: vì sao điện thoại "128 GB" chỉ hiện khoảng 119 GB khi cắm vào máy tính? Vì nhà sản xuất tính 1 GB = 1.000.000.000 byte, còn nhiều hệ điều hành tính 1 GB = 1.073.741.824 byte (2 mũ 30). 128 tỉ chia 1,0737 tỉ ≈ 119. Không ai ăn bớt, chỉ là hai cách đếm.
Góc nhìn hôm nay
Lưu trữ rẻ đến mức người ta không còn xoá ảnh. Mặt trái là dữ liệu mất cũng dễ: một ổ cứng hỏng mang theo cả chục năm ảnh gia đình. Ổ đĩa quay có tuổi thọ hữu hạn; ổ flash để lâu không cắm điện có thể dần mất dữ liệu. Nguyên tắc an toàn đơn giản là giữ ít nhất hai bản ở hai thiết bị khác nhau và một bản ở nơi khác.
Ai muốn xem tận mắt chiếc IBM 350 có thể tìm ảnh hiện vật tại Bảo tàng Lịch sử Máy tính (Computer History Museum) ở California, nơi trưng bày một bộ RAMAC đã được phục hồi. Bộ số liệu giá của McCallum cũng công khai và có thể tải về để tự vẽ đường cong.
Câu hỏi thường gặp
Ổ cứng đầu tiên dung lượng bao nhiêu?
Ổ IBM 350 năm 1956 chứa khoảng 5 triệu ký tự 6 bit, tương đương khoảng 3,75 MB theo cách tính ngày nay. Nó gồm 50 đĩa đường kính 24 inch và nặng khoảng một tấn.
Định luật Kryder là gì?
Là nhận xét được tạp chí Scientific American đặt tên năm 2005 theo Mark Kryder của Seagate: mật độ ghi trên đĩa cứng tăng nhanh, có giai đoạn còn nhanh hơn định luật Moore. Từ khoảng năm 2010, nhịp tăng này đã chậm hẳn lại.
Ổ cứng lớn nhất hiện nay bao nhiêu TB?
Tính tới 2024–2025, các ổ đĩa quay 3,5 inch cho trung tâm dữ liệu đã đạt khoảng 30 TB trở lên nhờ công nghệ ghi bằng nhiệt hỗ trợ (HAMR). Con số này còn đang tăng.
Vì sao ổ 128 GB chỉ hiện 119 GB?
Vì nhà sản xuất tính 1 GB bằng một tỉ byte, còn nhiều hệ điều hành tính 1 GB bằng 2 mũ 30, tức khoảng 1,074 tỉ byte. Chia 128 tỉ cho 1,074 tỉ ra khoảng 119, cộng thêm phần hệ thống chiếm chỗ.
Vì sao dung lượng ổ cứng tăng chậm lại?
Khi bit từ quá nhỏ, nhiệt độ phòng đủ làm nó tự lật hướng và mất dữ liệu. Muốn nhỏ hơn phải dùng vật liệu khó ghi hơn và tia laser hỗ trợ, công nghệ mất gần hai mươi năm mới ra được sản phẩm.
