SSD

Eninformatique, unSSD(de l'anglaisSolid-State Drive), voiredisque SSD,disque électronique,disque statique à semi-conducteursou plus simplementdisque à semi-conducteursauCanada, est unmatériel informatiquepermettant lestockage de donnéessur de lamémoire flash. En Français, les termes «disque SSD» (en France) et «disque à semi-conducteurs» (au Canada), ajoutent un sens de «disque» n'existant pas dans l'Anglais «solid-state drive». Le sens du mot anglais «drive »,signifiant «lecteur de stockage», est absent de la traduction. Cet usage est un emprunt aux prédécesseurs du SSD: lesdisques durs.
Le terme anglaissolid-statesignifie que ce matériel est constitué de mémoires à semi-conducteurs à l'état solide, par opposition à la technologie plus ancienne desdisques durs, pour lesquels les données sont écrites sur un support magnétique en rotation rapide.
N'ayant aucune pièce mécanique en mouvement, un SSD est matériellement plus résistant qu'undisque dur; en effet, les plateaux de ces derniers sont de plus en plus souvent enverredepuis 2003(quoique encore très souvent en alliages d'aluminium), mais surtout, du fait que cette technologie implique l'interaction mécanique entre éléments de stockage (plateaux) et éléments d'accès (têtes de lecture/écriture), des chocs même légers peuvent entraîner des égratignures de la surface magnétique, ou une détérioration des éléments d'accès, donc des pertes de données voire une panne définitive. Au contraire, les SSD sont dépourvus d'éléments mobiles, ce qui leur confère une résistance aux chocs et aux vibrations bien supérieure. Les SSD surclassent par ailleurs les disques durs au niveau des performances (débit,latencenégligeable, consommation électrique).
Néanmoins, les SSD ont aussi des inconvénients par rapport aux disques durs :
Une tendance apparue aux alentours de 2010 sur lesordinateurs de bureauconsiste à installer lesystème d'exploitationsur un SSD de capacité modérée et lesdonnées personnellessur un disque dur de coût similaire, d'une capacité dix à vingt fois supérieure (pour lesordinateurs portables, on peut coupler un SSD interne avec un disque dur externe, voire remplacer lelecteur de disque optique, en voie d'obsolescence, par une unité de stockage secondaire).
Depuis 2013, les capacités de stockage des SSD ont beaucoup évolué ; en 2016, on peut en trouver de 4Toà 16To, mais à un prix réservé aux professionnels exigeants.
L'avantage principal par rapport aux disques durs classiques est l'absence :
Au moment où sont apparus les SSD, la plupart des disques durs de format 3,5" avaient une vitesse de rotation de5 400à7 200tr/min, soit environ 4,2msde latence moyenne, et le temps moyen de rechercheétaient, le plus souvent, compris entre 8 et 12mspour un disque dur grand public ; ce qui donnait donc au total un temps d'accès moyen compris entre 12 et 16ms. Ce temps d'accès moyen a peu évolué en dix ans, malgré l'évolution des capacités, tandis que les vitesses desmicroprocesseurs, desmémoires vives, descartes graphiqueset autres composants principaux strictement électroniques d'un ordinateur ont connu d'importants progrès.
L'usage de lamémoire flashsupprime quasiment ce problème de temps d'accès, puisqu'il n'est que de l'ordre de 0,1ms. La réactivité de l'ordinateur est donc considérablement augmentée, et les SSD se révèlent presque toujoursplus rapides que les disques durs en termes de débit. Ainsi, de nombreux modèles récents de SSD au format SATA présentent des débits supérieurs à 500Mo/sen lecture et en écriture, alors que les disques durs les plus rapides dépassent rarement 200Mo/s. L'écart est encore plus prononcé s'agissant des SSD au format PCI-Express, lesquels, n'étant pas bridés par l'interface SATA, peuvent atteindre des débits deplusieurs Go par seconde.
Ces propos doivent toutefois être nuancés par deux points :
Les SSD se sont démocratisés à mesure que leur prix diminuait en même temps que les capacités augmentaient. Au début de la commercialisation des SSD, leur capacité de stockage très faible, de 4 à 16Go, permettait difficilement d'installer un systèmeWindows récentassocié à un assortiment de logiciels basiques. Par ailleurs,Windows XPn'était pas prévu pour les SSD, sa conception remontant à plus de six ans avant leur apparition effective.Windows Vista, gérait un peu mieux les SSD et disposait de la fonctionReadyBoost, ce qui permettait l'usage de ces petits SSD en complément d'un disque dur. Par la suite, les SSD ont eu une capacité suffisante pour accueillir un système Windows récent sans restriction, à un prix acceptable. La solution privilégiée par les informaticiens et les utilisateurs soucieux d'optimiser les performances est devenue l'association au sein d'une même configuration d'un SSD pour le système et d'un disque dur (ou plusieurs) destiné au stockage. Cette méthode restait élitiste à cause de l'achat nécessaire d'au moins deux unités de stockage dont l'une présentant un faible rapport capacité/prix ; elle ne s'est démocratisée qu'avec la baisse significative du prix des SSD, équipant dans un premier temps les PC fixes haut de gamme, avant de s'étendre progressivement aux tours et aux ordinateurs portables de milieu de gamme.
Le gigaoctet pour 1€a été atteint en France débutseptembre 2011, dans le cadre d'une offre promotionnelle restreinte. La baisse s'est poursuivie : ennovembre 2012, le prix moyen a atteint ±0,7€/Go, puis ±0,5€/Goendécembre 2013, puis ±0,33€/Goenjanvier 2016sur des modèles de 1ToenTLC.
En mai 2015,Sandiskannonce des SSD de 6To, plutôt destinés aux serveurs informatiques.
En mars 2016,Seagateannonce un SSD dont la vitesse atteint 10Go/s, et Samsung un SSD de plus de 15Toen format 2,5 pouces (6,35cm).
Les modèles les plus courants se présentent sous le même format qu'un disque dur 2,5 pouces en interface SATA (100 × 69,85mm) tels que ceux installés dans des ordinateurs portables, et disposent pareillement d'une alimentation SATA ainsi que d'une connectiqueSATA III.
Les appareils au format 2,5 pouces peuvent nécessiter un adaptateur pour être utilisés dans un emplacement prévu pour un format 3,5 pouces (8,89cm), en cas d'installation dans uneunité centraled'ordinateur fixe.
Deux hauteurs existent : 7 ou 9,5mmainsi que des adaptateurs 9,5mmpour les SSD de 7mmd’épaisseur, souvent enpresspahn.
Afin que le débit ne soit plus bridé par l'interface SATA, sont apparus des supports SSD sous forme de cartes ou barrettes reliées directement à lacarte mèrepar le biais d'un connecteurPCI Express(à l'instar d'une carte additionnelle) ayant comme nouveau plafond le débit des connecteurs PCI-E, soit 4Gio/spour lePCI-3 x4et 8Gio/spour lePCI-4 x4. Ceci permet à certains SSD de dépasser la barre du Gio/s, alors que l'interfaceSATAest limitée à 600Mio/spour la toute dernière génération (SATA III), et même 300Mio/spour l'interfaceSATA IIqui reste répandue sur des machines anciennes.
Les SSD au format PCI Express sont le plus souvent constitués d'un contrôleur RAID interfaçant deux à huit modules SSD placés directement sur la carte, permettant ainsi d'obtenir une solution RAIDclé en mainet bien plus compacte qu'une carte SATA RAID reliée à des SSD SATA au format 2,5 ou 3,5 pouces (8,89cm). Cependant, ce type de configuration ne supporte pas encore la commandeTrim.
Une telle carte est l'assemblage d'une carte PCIe et d'une carte M.2.
Extérieurement, les cartesmSATA, pour mini S-ATA, ne possèdent pas de boitier et sont donc compactes mais leurs spécifications sont très proches de celles de SSD au format 2,5 pouces.
Leurs dimensions sont de50,8 ± 0,15mm× 29,85 ± 0,15mm, leurs hauteurs varient suivant les marques et les modèles ; ainsi uneKingston UV500mesure 4,85mm, uneSamsung 860 evode 1Tomesure 3,85mm.
Ce format est le successeur du mSATA dont les dimensions de22mm× 80mmsont actuellement le standard, mais d'autres sont disponibles :
Le « type » est construit en concaténant la largeur et la longueur.
Exemple : une M2 type 22110 aura donc une dimension de 22 × 110mm.
Décliné en deux grands types, les connecteurs sont distinguables par leur(s) encoche(s) appelées « Key », qui servent de détrompeur de bus.
Pour contourner les prix très élevés et/ou les capacités restreintes de ces unités de stockage tout en bénéficiant de leurs avantages, diverses solutions exotiques avaient été vendues sur Internet au début de la commercialisation des SSD, par exemple :
Un SSD stocke lesdonnéessur de lamémoire flash, de la même manière qu'uneclé USBou unecarte mémoire. Un SSD est donc un support de mémoires flash relié à l'ordinateur, souvent via l'interfaceSATAIII, mais celle-ci est progressivement remplacée par l'interfacePCI-E, qui permet d'obtenir de bien meilleures performances. Cette mémoire flash, répartie sur la carte en plusieurs modules, est pilotée par uncontrôleurqui organise le stockage et la répartition des données sur l'ensemble de la mémoire. Les données échangées entre le système d'exploitation et la mémoire transitent par unemémoire tampon. Le SSD fonctionne logiciellement par unBIOSinterne qui permet, entre autres, la manipulation de divers paramètres ainsi que l'affichage de nombreuses informations non accessibles par l'intermédiaire du système d’exploitation.
Il existe quatre types de mémoire flash:
Concernant les performances sans cache :
SLC (cellule mononiveau/1 bit) >> MLC (cellule multiniveau/2 bits) >> TLC (cellule triple niveau/3 bits) >> QLC (cellule quadri-niveau/4 bits)
Le stockage de plusieurs bits par cellule permet de diminuer fortement le coût de fabrication, puisque la densité est au minimum doublée, mais dégrade les performances, surtout en écriture, et réduit grandement la durée de vie des cellules.
Sur des mémoires 50nm, les SLC supportent environ 100 000 cycles écriture/effacement.
La MLC a une durée de vie de l'ordre de dix fois inférieure, variant d'environ 3 000 à 10 000 cycles par cellule, selon les modèles.
La TLC est la technologie ayant la plus faible durée de vie avec environ 1 000 cycles d'écriture par cellule.
La QLC est la technologie ayant une durée de vie comparable à la TLC en cycles d'écriture (environ 1 000 cycles d'écriture par cellule). Elle est bien adaptée pour de gros volumes de stockage statiques (par exemple une vidéothèque ou une discothèque). En effet, la mémoire QLC n'est plus basée sur la technologieNAND 2D(1 couche) mais sur la technologieNAND 3D(32 couches successives), pour une plus grande capacité de stockage. Ainsi,la technologie deNAND 3Da vu le jour. Contrairement à laNAND 2Dqui ne peut que stocker les données que sur une couche, laNAND 3Dpermet de stocker les données sur 32 couches. Par conséquent, chaque cellule de la MLC augmente au maximum de 2Go, tandis que chaque cellule de la TLC augmente au moins de 48Go.Uncacheutilisant une partie de la QLC en SLC (c'est-à-dire juste un bit par cellule) permet d'effectuer en temps masqué les écritures, si celles-ci sont ponctuelles.
De nombreux SSD sont commercialisés avec unegarantie constructeurde 5 à 10 ans. Cela ne prémunit pas contre la perte de données, mais garantit qu'en cas de défaillance (si on a gardé une preuve d'achat ou si on s'est enregistré par Internet) sera fourni un SSD neuf de caractéristiques équivalentes sur lequel on pourra restaurer sa dernière sauvegarde.
La majorité des SSD grand public utilisent de la mémoire MLC (en 2017 c'est le TLC qui est largement majoritaire), tandis que la mémoire SLC est réservée aux SSDhaut de gamme, principalement destinés à un usage professionnel (entreprises, serveurs), ce qui crée le problème principal du SSD grand public : la limite des cycles d'écriture.
Innodisk, concepteur de SSD pour applications industrielles, a breveté la technologie iSLC, qui promet une performance plus durable et plus fiable que les classiques flash NAND MLC, mais à un moindre coût. Il existe aussi une variante du type MLC, appelée eMLC (pourEnterprise MLC), permet un nombre plus élevé de cycles d'écriture.
La durée de vie d'un SSD s'estime d'une manière un peu différente de celle des disques durs.
Elle tient compte essentiellement de deux caractéristiques techniques :
Le TBW est défini par la formule suivante:
Il se calcule à partir des trois éléments suivants :
On voit parfois apparaître dans certaines documentations le terme DWPD (de l'anglaisDrive Writes Per Day), qui est une autre façon d'exprimer le TBW. Alors que le TBW exprime la quantité maximale de téraoctets pouvant être transférés sur un SSD pendant toute sa durée de sa vie, le DWPD exprime le nombre maximal journalier de réécritures de la capacité totale du SSD. Cette valeur ne dépend pas de la capacité de l'unité SSD considérée contrairement au TBW.
En général, le TBW est utilisé pour des SSD d'entrée de gamme, alors que le DWPD est plutôt réservé aux SSD à usage professionnel, comme ceux qui sont intégrés dans des serveurs.
Le DWPD se calcule à partir du TBW et de la période de garantie du constructeur ; il est défini par la formule suivante:
La formule est réversible, on peut également calculer le TBW à partir du DWPD et de la durée de garantie du SSD :
Attention: ne pas confondre Go (gigaoctet), To (téraoctet) et Gio (gibioctet), Tio (tébioctet) (voir la sectionMultiples de l'Article Octetpour les explications).
D'autres technologies peuvent influencer la durée de vie, comme la prise en charge ou non des commandes Trim.
La commandeTrim, disponible sur la plupart des modèles récents de SSD, permet aux systèmes d'exploitation modernes d'éviter que les performances ne se dégradent avec le temps et le remplissage de chaque partition. Elle est supportée par les systèmes d'exploitation suivants :
Cette commande vise à notifier le contrôleur du SSD lors de l'effacement d'un fichier, lequel peut alors effacer les cellules de mémoire flash anciennement utilisées, en arrière-plan, lors des périodes de faible sollicitation, afin d'optimiser les écritures ultérieures qui pourront alors être effectuées sans avoir à réaliser l'effacement préalable imposé par la technologie de la mémoire flash.
Cette technique permet en outre d'augmenter la durée de vie des SSD, par la mise en rotation des cellules utilisées à chaque écriture — à la condition de laisser suffisamment d'espace libre sur le support. En effet, plus l'espace de stockage disponible est restreint, plus les écritures se feront fréquemment sur les mêmes cellules, réduisant donc l'efficacité de cette technique.
Le fabricant Kingston a mis au point une technique alternative permettant de bénéficier des avantages de la commande Trim même avec les systèmes d'exploitation qui ne sont pas optimisés pour la gestion des supports SSD et qui ne gèrent donc pas cette commande. Cette technique nommée «Garbage Collector» (en français,ramasse-miettes) fonctionne au niveau dumicrologicieldu SSD, indépendamment dusystème d'exploitation.