Le meilleur disque dur SSD pour moins de 100 euros : guide d’achat, quel SSD acheter

 

Le SSD est le grand nom des solutions de stockage interne pour le stockage des consommateurs. Ses avantages par rapport aux disques durs traditionnels sont si importants que son utilisation s’est normalisée dans tous les types d’ordinateurs, tant portables que de bureau, où au moins le disque principal est basé sur un stockage sur état solide.

Si leur utilisation par les fabricants dans les nouveaux équipements est massive, il en va de même pour les renouvellements, où un disque dur est l’une des meilleures mises à niveau matérielles qu’un utilisateur puisse faire pour améliorer son ancien équipement. Qu’il s’agisse de remplacer un disque dur d’ordinateur portable ou d’installer un SSD (seul ou avec lui) dans un ordinateur de bureau, les avantages sont tangibles dès la première minute en termes de performances, mais aussi en termes de réduction du bruit, d’émission de chaleur ou de consommation d’énergie, grâce à sa base de mémoire flash NAND et à l’absence de pièces mobiles.

Un signe clair de la popularité des SSD, mais les disques durs ont encore de la vie devant eux sur le marché des entreprises (serveurs et centres de données) et sur le marché grand public du stockage externe, qu’il s’agisse de NAS ou de disques externes, où nous pouvons tirer parti des disques que nous remplaçons par des SSD.

Aujourd’hui, nous mettons à jour notre guide SSD avec les dernières nouvelles du quatrième trimestre et une sélection des modèles actuels et de leurs prix, en passant en revue leurs performances, leurs formats, leurs interfaces et tout ce qu’un utilisateur doit savoir sur ces types de disques.

Malgré leur présence croissante dans l’entreprise, une certaine confusion règne encore sur le fonctionnement des disques compacts et sur ce qui distingue un disque d’un autre. Des concepts tels que les puces NAND, les cellules multi-niveaux et les technologies de grille flottante peuvent être assez décourageants si vous pensez encore en termes de disques rotatifs et de bras d’actionnement mobiles, des composants qui n’ont pas leur place dans le SSD.

Plus vous comprenez le fonctionnement des SSD, plus vous pouvez les sélectionner, les déployer et les gérer efficacement au sein de votre organisation. Pour vous aider dans cette démarche, cet article vous présente plusieurs concepts importants du SSD afin que vous ayez une idée plus précise des composants qui entrent dans un SSD et de la façon dont ils fonctionnent ensemble pour fournir un stockage fiable et non volatil.

Comme le disque dur, le SSD est un dispositif de stockage non volatil qui stocke des données, qu’il soit connecté ou non à l’alimentation électrique. Un disque dur, en revanche, utilise un support magnétique pour stocker ses données, tandis que le disque dur à faible densité utilise des circuits intégrés électroniques pour maintenir des états de charge spécifiques, qui à leur tour cartographient les configurations binaires des données.

Les SSD sont basés sur des technologies de mémoire flash qui permettent d’écrire, de lire et d’effacer des données plusieurs fois. La mémoire flash est disponible en deux variétés : NOR et NAND. Bien que chacune présente des avantages et des inconvénients (nous verrons plus tard), la NAND s’est imposée comme la technologie préférée car elle offre des temps d’effacement et d’écriture plus rapides. La plupart des SSD contemporains sont basés sur le flash NAND, c’est pourquoi cet article en est le sujet principal.

Un SSD d’entreprise contient plusieurs puces flash NAND pour le stockage des données. Chaque puce contient une ou plusieurs matrices, et chaque matrice contient un ou plusieurs avions. Un avion est divisé en blocs, et un bloc est divisé en pages.

Parmi ceux-ci, les blocs et les pages sont les plus préoccupants, non pas parce que vous les configurez ou les manipulez directement, mais en raison de la manière dont les données sont écrites, lues et supprimées sur une puce NAND.

Une page se compose de plusieurs cellules contenant chacune un ou plusieurs bits de données. Un bit de données est représenté par un état de charge électrique, qui est déterminé par les électrons piégés entre les couches isolantes de la cellule. Chaque bit est enregistré comme étant chargé (0) ou déchargé (1), fournissant la formule binaire nécessaire pour représenter les données.

Les puces flash NAND actuelles utilisent des cellules à grille flottante ou des cellules à piège de charge. Jusqu’à récemment, la plupart des puces NAND flash NAND étaient basées sur des technologies à grille flottante, où les électrons sont piégés entre deux couches d’oxyde dans une région appelée grille flottante. La couche d’oxyde inférieure est suffisamment fine pour permettre le passage des électrons lorsqu’une tension est appliquée au substrat situé en dessous. Les électrons se déplacent à l’intérieur de la grille flottante pendant une opération d’écriture et à l’extérieur de la grille flottante pendant une opération de suppression.

Le problème avec l’approche de la porte flottante est que chaque fois qu’une tension est appliquée et que des électrons traversent la couche d’oxyde, celle-ci se dégrade légèrement. Plus les opérations d’écriture et d’effacement sont nombreuses, plus la dégradation est importante, jusqu’à ce que la cellule finisse par ne plus être utilisable.

Il faut toutefois garder à l’esprit que les technologies SSD ont fait du chemin, les rendant plus fiables et plus durables, tout en offrant plus de performances et en stockant plus de données. Dans le même temps, leurs prix continuent de baisser, ce qui les rend beaucoup plus compétitifs.

Les fournisseurs continuent à explorer de nouvelles technologies pour continuer à améliorer les SSD. Par exemple, plusieurs fournisseurs se tournent vers les technologies de chargement par piège dans leurs cellules NAND. Les cellules à piège de charge sont similaires aux cellules à grille flottante, sauf qu’elles utilisent des matériaux et des méthodes d’isolation différents pour piéger les électrons, ce qui les rend moins sensibles à l’usure. Cela dit, les technologies de piégeage de la charge ont leurs propres problèmes de fiabilité, donc aucune des deux approches n’est idéale.

Bien sûr, il y a beaucoup plus que les technologies de porte flottante et de chargement, mais cela devrait vous donner une idée de ce qui se passe si vous rencontrez ces termes. Mais sachez également que les technologies de portes ne sont qu’une partie de l’équation lorsqu’il s’agit de comprendre la structure des cellules NAND.

En fait, la plus grande préoccupation lors de l’évaluation des SSD est le nombre de bits stockés dans chaque cellule. Aujourd’hui, les SSD acceptent de un à quatre bits par cellule, avec un nombre corrélé d’états de charge par cellule. Notez que les fournisseurs travaillent également sur des cellules à cinq bits au niveau des penta-cellules (PLC) au niveau des cellules à cinq bits.

Malheureusement, lorsque l’on commence à comprimer plus de bits dans chaque cellule, les performances en souffrent et les cellules s’usent plus rapidement. Une unité QLC peut contenir plus de données et être beaucoup moins chère, mais une unité SLC fournira les meilleures performances et durera plus longtemps, bien qu’à un prix plus élevé.

En plus d’augmenter le nombre de bits par cellule, les fournisseurs ont également réduit le nombre de cellules pour qu’elles tiennent mieux sur chaque puce. Bien que cela augmente la densité des données, cela peut entraîner des fuites de charges électriques d’une cellule à l’autre, de sorte que des techniques supplémentaires doivent être utilisées pour éviter la corruption des données et préserver leur intégrité. Mais les fournisseurs ont aussi une réponse à cette question : NAND 3D.

Dans l’approche 3-D, les fournisseurs s’éloignent des cellules qui se rétrécissent et empilent les cellules les unes sur les autres en couches, créant ainsi des puces qui peuvent contenir beaucoup plus de données. Combiné à des technologies multi-bits telles que MLC ou TLC, NAND 3D permet d’augmenter la densité des puces au-delà des limites aussi rapidement que possible sans sacrifier l’intégrité des données. Par exemple, la puce V-NAND de sixième génération de Samsung combine les technologies 3-D et TLC pour stocker jusqu’à 256 Gb de données sur 136 couches cellulaires.

COMPOSANTES DU DSS

Les puces NAND sont le cœur du SSD, qui assure la fonction principale de l’unité de stockage des données. Mais un SSD comprend également plusieurs autres éléments importants qui travaillent ensemble pour faciliter les opérations de lecture, d’écriture et d’effacement.

Malgré les différences entre les SSD, tous comprennent des puces NAND, respectent des facteurs de forme et des normes d’interface spécifiques, et fournissent généralement un certain type de cache pour servir de mémoire tampon. (Tous les dispositifs de stockage d’entreprise – HDDD et SSD – fournissent un cache volatil intégré). Un SSD comprend également un contrôleur pour gérer les opérations du lecteur et un micrologiciel pour fournir au contrôleur les jeux d’instructions nécessaires pour effectuer ces opérations.

Lecture et écriture des données

Comme mentionné ci-dessus, la lecture et l’écriture des données se font au niveau de la page. La lecture des données est une opération assez simple. Lorsque l’unité reçoit une demande de données, le contrôleur détecte les bonnes cellules, détermine les états de charge et s’assure que les données sont correctement renvoyées, en utilisant une mémoire tampon si nécessaire. L’ensemble du processus a peu d’impact à long terme sur l’unité elle-même.

L’écriture de données est une opération de programmation qui met les bits de données à l’état de charge souhaité, un processus orchestré par le contrôleur. – Écrire des données sur une page pour la première fois est presque aussi simple que de les lire. Le processus devient plus complexe lorsque vous modifiez ces données, ce qui nécessite qu’elles soient d’abord effacées puis réécrites, un processus communément appelé le cycle de programmation/suppression (cycle P/E).

Lors d’un cycle P/E typique, tout le bloc contenant les pages cibles est écrit en mémoire. Le bloc est alors marqué pour être supprimé et les données mises à jour sont réécrites dans un autre bloc. L’opération d’effacement proprement dite est effectuée de manière asynchrone afin d’optimiser les performances.

Le contrôleur coordonne les processus d’effacement et d’écriture, en utilisant des algorithmes avancés de gestion des données. Même si une seule modification doit être enregistrée sur une seule page, un cycle P/E entier est lancé. Le bloc est marqué pour être supprimé et toutes ses données sont réécrites.

Le contrôleur efface le bloc lorsque cela est nécessaire ou dans le cadre d’un processus d’optimisation. Lorsque le bloc est effacé, le contrôleur met chaque bit de chaque cellule à 1. Ensuite, les données peuvent être écrites sur n’importe quelle page du bloc. Cependant, si certains bits d’une page sont mis à 0, même s’ils ne sont qu’un seul, la page entière est interdite pour l’écriture de données.

Lorsqu’un SSD commence à se remplir, les opérations de rédaction et de réécriture deviennent plus complexes et commencent à ralentir. Le contrôleur doit trouver où stocker les données, ce qui peut entraîner l’effacement de blocs marqués pour l’effacement, le déplacement et la consolidation des données, ou l’exécution de plusieurs cycles P/E. Plus le moteur est plein, plus ces opérations sont étendues, c’est pourquoi les performances peuvent commencer à se dégrader lorsqu’un moteur atteint sa capacité.

En raison des nombreux cycles P/E, il y a plus de données écrites sur le disque dur que de données modifiées, une caractéristique communément appelée amplification d’écriture. Par exemple, la mise à jour d’un simple fichier texte de 25 Ko peut entraîner l’écriture de 250 Ko de données, ce qui provoque une usure supplémentaire des cellules.

Un SSD flash ne peut prendre en charge qu’un nombre limité de cycles P/E avant défaillance. Plus il y a de bits dans chaque cellule, plus le nombre est petit et plus le temps de défaillance est rapide. Par exemple, un lecteur MLC pourrait prendre en charge jusqu’à 6 000 cycles P/E par bloc, mais un lecteur TLC pourrait en prendre en charge jusqu’à 3 000.

Lorsque les cycles P/E commencent à s’additionner, les cellules commencent à échouer. C’est pourquoi les SSD utilisent diverses stratégies pour prolonger la durée de vie d’un disque, assurer la fiabilité et maintenir l’intégrité des données, notamment

Wear Leveling : Une opération basée sur un contrôleur pour répartir uniformément les cycles P/E sur les puces NAND afin d’éviter que les cellules ne tombent en panne prématurément.
Commande TRIM : une commande du système d’exploitation permettant de consolider l’espace libre d’un lecteur et d’effacer les blocs marqués pour l’effacement, ce qui peut améliorer les performances et minimiser l’application d’écriture.
Surprovisionnement : espace supplémentaire réservé aux processus de gestion tels que le nivellement de l’usure et la réduction de l’amplification d’écriture supplémentaire qui se produit lorsqu’un disque est trop plein.
Mise en cache : processus de stockage des données en mémoire pour augmenter les performances et, lorsqu’il est utilisé efficacement, minimiser les cycles de P/E.
Code de correction d’erreur (ECC) : processus permettant de vérifier les données pour détecter les erreurs et ensuite, si nécessaire, de les corriger.

Un SSD peut également intégrer des stratégies visant à améliorer les performances. Par exemple, les clés USB mettent en œuvre la collecte des déchets, un processus en arrière-plan pour déplacer, consolider et supprimer des données. On se demande si la “collecte des déchets” ajoute une amplification de l’écriture ou la réduit. Cela dépend de la manière dont les opérations de collecte des déchets sont mises en œuvre et de la qualité des algorithmes utilisés pour effectuer ces opérations.

Les mises à jour des microprogrammes du SSD peuvent également traiter des questions de performance, de fiabilité et d’intégrité, ainsi que d’autres types de problèmes. Chaque fois que vous installez un nouveau SSD, l’une des premières étapes consiste à vous assurer que vous utilisez le dernier micrologiciel. Ce ne sont pas nécessairement les seules tactiques qu’un lecteur utilisera, mais elles sont parmi les plus courantes.

Gardez toutefois à l’esprit que les technologies de la mémoire évoluent rapidement, avec une certaine redéfinition de la façon dont nous pensons à la mémoire et au stockage. Par exemple, un lecteur Intel Optane peut stocker des données comme la NAND mais fonctionner presque à la même vitesse que la DRAM, ce qui permet de combler le fossé entre la mémoire traditionnelle et la mémoire vive. Si l’Optane ou une technologie similaire remplacera le flash est encore à voir, mais il ne fait aucun doute que quelque chose le fera, alors nous aurons une discussion très différente.

COMMENT FONCTIONNE UN DISQUE DUR SSD

Pour comprendre pourquoi ces disques sont si utiles, il est important de comprendre comment fonctionne l’architecture de la mémoire d’un ordinateur et chacune de ses parties : le cache, la RAM et le disque de stockage de masse. Le cache est l’unité de mémoire la plus interne, tandis que la RAM est le point médian. Le disque de stockage est l’endroit où sont stockées toutes les autres données nécessitant une persistance et où sont stockés les données du système d’exploitation, les applications, les jeux, les fichiers de configuration et tous les fichiers, documents, vidéos ou musiques des utilisateurs.

Il y a une grande différence de performance entre les trois. La mémoire cache est très rapide, mais de faible capacité. La RAM fonctionne également à la vitesse de la nanoseconde, mais elle est très coûteuse et sa capacité est limitée. Au contraire, un disque dur traditionnel fonctionne à la vitesse de la milliseconde. En conséquence, le système de stockage a été un gros goulot d’étranglement pour la performance de l’ensemble du PC. Et c’est là que le SSD entre en jeu beaucoup plus rapidement, en réduisant considérablement les temps de chargement des programmes et des processus, ce qui donne à l’ordinateur l’impression d’être beaucoup plus rapide.

Les SSD ou “solid state drives” ont le même objectif qu’un disque dur : stocker des données et des fichiers pour une utilisation à long terme. La différence est que les SSD modernes (depuis 2010) utilisent un type de mémoire flash (similaire à celle utilisée en RAM) mais contrairement à eux, ils sont basés sur des ports NAND qui n’effacent pas les données à chaque fois que l’ordinateur est éteint. Les données dans un SSD persistent même lorsqu’il n’a pas de pouvoir. Comme il s’agit de mémoires non volatiles, elles ne nécessitent aucune sorte d’alimentation électrique constante ou de piles pour éviter la perte des données stockées, même en cas de panne soudaine.

GUIDE SSD : FORMATS, INTERFACES, MODÈLES ET PRIX

Par rapport à un disque dur typique avec des plaques magnétiques, un plateau tournant et une aiguille de lecture, la structure d’un SSD change complètement. Il ne comporte aucune pièce mécanique ou mobile et utilise un système de cellules électriques pour envoyer et recevoir des données rapidement. En conséquence, et en plus d’autres avantages, même les SSD les moins performants offrent une performance de transfert de données trois fois supérieure à celle d’un disque dur.

FORMATS DU DSS

Le format le plus populaire et le plus polyvalent est celui qui utilise les mêmes normes que les disques durs, soit 2,5 pouces. Si vous comptez le monter sur un ordinateur portable, vous devez vous assurer que sa hauteur est supportée, car il existe des disques d’une épaisseur de 9,5 mm et de 7 mm. Pour les ordinateurs de bureau, vous pouvez utiliser tous ceux qui existent déjà. Vous pouvez les utiliser tels qu’ils sont livrés, bien que l’idéal soit d’acheter un adaptateur de 3,5 pouces pour un meilleur montage sur une tour de PC.

Le deuxième format le plus important à évaluer est le dit M.2, qui présente des avantages en termes de taille, de poids et de consommation par rapport aux formats standard de 2,5 à 3,5 pouces avec des dimensions de 80 x 22 et 3,5 mm. Une variante est le mSATA, encore plus petit avec des dimensions de 50,8 mm x 29,85 mm x 4,5 mm, mais moins pris en charge. Parmi ses inconvénients, on peut citer un coût légèrement plus élevé et une moindre polyvalence, car toutes les cartes mères ne le supportent pas. La section des performances est la même qu’auparavant pour l’utilisation de SATA, bien qu’elle soit beaucoup plus élevée pour l’utilisation de PCIe, comme nous le verrons plus tard. C’est le format qui s’établit et qu’il est recommandé d’utiliser dans les nouvelles cartes qui le supportent.

Un troisième format que nous pouvons trouver pour les ordinateurs de bureau est le type de carte directement percée dans un emplacement PCI de la carte mère. Ce format inclut les lecteurs qui montent leurs puces directement sur la carte ou si la carte est utilisée comme accessoire pour monter le précédent M.2 sur des cartes qui n’ont pas de connecteur spécialisé.

INTERFACES SSD

Une autre caractéristique distinctive lors de l’achat d’un SSD est le bus de connexion auquel ils sont reliés. Les disques de 2,5 à 3,5 pouces se connectent à l’interface SATA (n’achetez rien qui ne supporte pas SATA-III – 6 Gbps), tandis que le M.2 peut se connecter à la fois à SATA et PCIe. Ces derniers sont les plus courants et font la différence en termes de performances.

Cependant, tous les SSD n’offrent pas les mêmes performances, même sous un même bus de liaison, dérivé des mémoires utilisées et surtout de leur contrôleur. L’utilisateur qui achète un SSD aujourd’hui ne devrait pas se contenter d’un disque qui n’atteint pas 500 Mbytes par seconde en lecture et en écriture SATA. Il existe des SSD très bon marché qui réduisent ces données, surtout par écrit. Evitez-les, ils n’en valent pas la peine.

Les M.2 qui utilisent le PCIe sont les disques les plus rapides que l’on trouve dans les systèmes de stockage à semi-conducteurs grand public. Ils utilisent l’interface PCI-e native pour augmenter leurs performances jusqu’à un maximum théorique de cinq fois plus vite que les disques durs connectés à SATA et quinze fois plus vite que les disques durs. Bien qu’au départ le prix soit prohibitif pour la consommation de masse, l’écart par rapport au SATA s’est considérablement réduit, comme vous le verrez dans le guide d’achat du SSD à la fin. Si vous pouvez vous le permettre, n’hésitez pas, l’avenir du stockage sur PC est entre leurs mains.

Il faut également savoir que la nouvelle génération de SSD M.2 PCIe prend en charge la norme NVM Express, conçue dès le départ pour tirer parti de la faible latence et du parallélisme des SSD PCI Express, offrir des performances spectaculaires et rendre le disque amorçable, ce qui vous permet de vous passer complètement d’autres disques de stockage. Si vous achetez ce type de SSD pour remplacer complètement un disque dur, assurez-vous que la carte supporte ou peut être mise à niveau pour supporter le protocole NVM et rendre le disque amorçable. Sinon, vous ne pouvez pas l’utiliser comme lecteur principal pour l’installation du système d’exploitation, mais vous pouvez l’utiliser pour le stockage des données.

CAPACITÉ DE STOCKAGE DU SSD

Il existe une différence importante entre la manière dont un SSD et un disque dur traitent les données. Un SSD écrit des données en morceaux appelés “pages”. Un groupe de pages est appelé un bloc, et pour écrire de nouvelles données dans un bloc occupé, le bloc entier doit d’abord être supprimé. Pour éviter la perte de données, toutes les informations du bloc doivent d’abord être déplacées à un autre endroit avant que le bloc puisse être supprimé. Une fois les données déplacées et le bloc supprimé, ce n’est qu’à ce moment-là qu’il peut être écrit.

Ce processus est presque instantané mais nécessite un espace vide pour fonctionner correctement. S’il n’y a pas assez d’espace libre, le processus perd de son efficacité et ralentit. Nous commentons cette section technique car elle affecte la capacité lorsque nous achetons un SSD. Pour une efficacité maximale, nous devrions laisser environ 20 % de l’unité libre.

C’est pourquoi nous recommandons actuellement l’achat d’un disque d’au moins 250 Go si vous souhaitez l’installer dans un ordinateur portable pour remplacer le disque dur installé. Nous éviterions les disques de 128 et 64 Go, à moins que le budget ne soit critique ou que l’ordinateur portable ait deux fois plus d’espace d’installation et que nous voulions combiner les SSD avec un disque dur. Ou encore le PCIe M.2 SSD et le SATA SSD, possibles sur de nombreux ordinateurs portables et sur tous les nouveaux ordinateurs de bureau.

Sur un PC de bureau, les besoins en capacité de stockage sont plus élevés, que vous remplaciez tous les disques durs (coûteux mais plus efficace) ou que le SSD (en tant que premier disque de démarrage du système et des applications) coexiste avec les disques durs installés. Les possibilités sont très vastes.

Le montage d’un SSD à faible capacité et à bas prix, qui fonctionne en parallèle avec le disque dur, est une bonne option pour ne pas dépenser trop d’argent. Si votre budget est plus important et que vous voulez le meilleur, vous pouvez opter pour le DSS complet. Les lecteurs de 1, 2 et 4 Tbytes sont déjà courants ; Fixstars a des modèles de 6 Tbytes en vente ; SanDisk ou Samsung vendra 8 lecteurs de 8 Tbytes cette année, ainsi que Micron’s Intel offrira des modèles de 10 Tbytes.

COMBIEN DE TEMPS DURE UN SSD ?

Malgré leurs composants mécaniques, les disques durs restent la “norme” en termes de durabilité des unités de stockage, d’où leur utilisation massive dans les centres de données 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, où la fiabilité est primordiale. En outre, ils nécessitent des tests et des certifications qui peuvent prendre des mois et jusqu’à présent, l’afflux de SSD a été plutôt timide.

Contrairement aux disques durs, les SSD n’ont pas de pièces mobiles, ce qui leur donne un grand avantage en termes de défaillances mécaniques. En revanche, les SSD sont plus sujets à des coupures de courant lorsque le disque est en marche, ce qui entraîne une corruption des données ou même une panne totale de l’appareil. En outre, les blocs de mémoire d’un SSD ont un nombre limité d’opérations d’écriture.

Heureusement, les nouvelles générations ont apporté d’énormes améliorations en matière de fiabilité. Tous les SSD comprennent des cellules de mémoire libres supplémentaires afin que lorsque d’autres échouent, ils ne perdent pas de capacité, en réaffectant les mauvais secteurs. Des tests d’endurance ont confirmé cette fiabilité accrue avec certaines séries de disques qui ont survécu après avoir passé un test d’écriture de plus de 2 pétaoctets. Une énorme quantité de données qu’un utilisateur dans des conditions réelles (utilisation normale) mettrait des dizaines d’années à compléter dans des conditions réelles.

Il convient de noter que dans les dernières générations de SSD, les fabricants parient sur la mémoire flash NAND TLC, triple niveau par cellule, et QLC ou quadruple cœur par cellule sera le prochain. Cette technologie augmente la densité de stockage et réduit les coûts, mais réduit la résistance des formats précédents tels que le MLC et surtout le SLC, Single-Layer Cell, qui ne stocke qu’un bit par cellule et n’est pas visible sur le marché grand public.

Pour compenser cela, les meilleurs fabricants ont porté la garantie à 5 ans sur les appareils grand public, alors qu’il existe des modèles professionnels avec une garantie allant jusqu’à 10 ans. La durée de vie moyenne officielle d’un SSD est estimée entre 5 et 7 ans.

Tous les grands constructeurs (Samsung, Kingston, OCZ-Toshiba, SanDisk-WD, Crucial, Seagate, etc.) nous proposeront des modèles attrayants, variés en taille, en performances et en capacité. Et, la bonne nouvelle continue en ce qui concerne son coût, à des prix inférieurs à ceux de janvier où nous avons mis à jour pour la dernière fois ce guide car le prix du SSD est tombé à des niveaux historiques : environ 10 centimes par GB et moins.

QUELLES SONT LES DIFFÉRENCES ENTRE LE SSD ET LE DISQUE DUR CLASSIQUE ?

C’est une question courante. Un disque dur à semi-conducteurs n’a pas de pièces mobiles, contrairement à un disque dur qui a deux composants principaux :

Un moteur à broche pour faire tourner une ou plusieurs couches de plaques.
Un actionneur pour déplacer une “tête” de lecture/écriture sur des plateaux
Un disque dur à semi-conducteurs est entièrement constitué de composants semi-conducteurs, de sorte que la résistance aux chocs et aux vibrations est nettement meilleure que celle du disque dur. D’autres attributs supérieurs du SSD sont une consommation d’énergie plus faible et de meilleures performances, en particulier sur les petits blocs de données. Les disques durs sont toujours sur le marché parce qu’ils peuvent offrir des capacités plus élevées à un prix inférieur à celui des disques SSD.

QU’EST-CE QU’UN MOTEUR À SEMI-CONDUCTEURS ?

Un disque dur à semi-conducteurs est utilisé pour offrir de meilleures performances et/ou une consommation d’énergie plus faible qu’un disque dur d’un système informatique existant. Il est également utilisé pour les nouveaux projets informatiques ou les systèmes intégrés qui nécessitent une taille physique plus petite, une amovibilité, une puissance moindre, des performances supérieures et/ou un prix absolu plus bas si une faible capacité est requise. Sur le marché des ordinateurs portables, on observe une tendance croissante à installer des SSD plutôt que des disques durs. C’est une tendance qui se développe rapidement, il y a déjà 2 ou 3 ans, ils étaient à peine utilisés dans les ordinateurs portables et les équipements pré-assemblés.

Comment fonctionnent les lecteurs à semi-conducteurs ?

Un disque dur à semi-conducteurs émule un disque dur d’un ordinateur hôte ou d’un système intégré. Il le fait avec un contrôleur spécialement conçu qui a la même interface électrique qu’un disque dur. Dans de nombreux cas, il possède exactement le même connecteur et le même facteur de forme physique que le disque dur.

D’autres circuits de contrôle gèrent la mémoire flash NAND qui stocke les données SSD. Si la fonction de contrôleur semble relativement simple, la gestion des flashes NAND pose de nombreux problèmes en coulisse et nécessite beaucoup de planification pour créer un contrôleur SSD fiable.

LE RÔLE DE NAND FLASH

NAND Flash est partout autour de nous – dans nos smartphones, nos télévisions modernes et les ordinateurs et tablettes de nos maisons et bureaux. On le trouve aussi à l’extérieur, dans toutes sortes d’équipements, des feux de circulation aux panneaux publicitaires numériques, en passant par les systèmes d’annonce des passagers et les écrans. Tout ce qui possède une intelligence artificielle (IA) et qui a besoin de stocker des données contient probablement du NAND Flash.

NAND Flash est disponible en différents niveaux : industriel et consommateur. Il existe des différences significatives entre les NAND Flash de qualité industrielle et de qualité consommateur. Il est donc important de prendre en compte l’impact de ces différences sur la fiabilité, la durabilité, la conformité et le coût total de possession (TCO) avant de choisir le NAND Flash approprié pour votre application.

Processus de fabrication

La façon dont NAND Flash est réalisé peut avoir un résultat fondamental sur les caractéristiques de performance.

NAND Flash passe par plus de 800 processus de production différents et il faut environ 30 jours pour produire une seule gaufrette (qui a la taille d’une grande pizza, généralement de 300 mm de diamètre, voir l’image ci-dessous). Les usines NAND ou “FABS” sont énormes, fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, 365 jours par an pour une efficacité maximale et sont 100 fois plus propres que les salles d’opération des hôpitaux. FABS peut réaliser différents types de NAND Flash (SLC, MLC, 3D – voir ci-dessous pour plus d’informations) et sont disponibles en différentes tailles. Certains des plus grands FABS peuvent produire plus de 100 000 plaquettes par mois.

Une fois que la plaquette est divisée ou découpée en plusieurs morceaux, ceux-ci sont analysés et classés en 1, 2, 3 ou 4, dont 1 est la meilleure qualité. Les puces sont ensuite expédiées à un fournisseur, comme Kingston Technology, qui utilise NAND dans ses produits.

Types de NAND Flash

En termes plus simples, les données stockées sur NAND Flash sont représentées par des charges électriques qui sont stockées dans chaque cellule NAND. La différence entre la cellule à niveau unique (SLC) et la cellule à niveaux multiples (MLC) NAND réside dans le nombre de bits que chaque cellule NAND peut stocker simultanément. Le SLC NAND ne stocke qu’un seul bit de données par cellule. Comme leurs noms l’indiquent, le MLC NAND 2 bits stocke 2 bits de données par cellule et le MLC NAND 3 bits stocke 3 bits de données par cellule. La MLC à 3 bits est appelée cellule à triple niveau (TLC) et cellule à quadruple niveau (QLC). Moins il y a de bits par cellule, plus la capacité est faible, mais les données sont écrites et récupérées plus rapidement et la puce NAND a un niveau de résistance plus élevé, donc elle durera beaucoup plus longtemps. En résumé, le SLC est le plus rapide et possède la plus grande résistance mais une capacité plus faible (généralement jusqu’à 64 Go). Le TLC est beaucoup plus lent, avec une faible résistance, mais a un seuil de capacité beaucoup plus élevé.

Il existe un nouvel acteur sur le marché du NAND Flash, le 3D NAND. Bien que le concept de 3D NAND ne soit pas nouveau (il existe depuis près d’une décennie), il n’a fait son chemin sur le marché qu’au cours des deux dernières années. C’est probablement le plus grand développement de NAND depuis sa création dans les années 1980, mais faire fonctionner NAND en 3D de manière constante a été un problème. Cependant, ces défis ont maintenant été relevés et 3D NAND sera sans aucun doute le NAND Flash de choix pour les années à venir.

En termes simples, 3D NAND consiste à empiler des puces de mémoire les unes sur les autres. Certains fabricants l’appellent V (pour vertical) NAND. L’objectif de ce NAND est de rendre les applications et les appareils plus rapides et plus efficaces, de contenir plus d’informations et d’utiliser moins de puissance. La première entreprise à lancer NAND 3D a été Samsung, un nom connu de tous et de loin le plus grand fabricant de NAND Flash au monde, avec plus de 40% du marché mondial NAND.

Faire fonctionner le NAND 3D de manière constante à de larges températures de fonctionnement (-40°C à 85°C) a été un défi pour certains fabricants fournissant les marchés industriels. La plage de température de fonctionnement standard de 0°C à 70°C est adéquate pour les consommateurs, les lieux de travail, les serveurs et les centres de données, mais pour les applications fonctionnant dans des environnements difficiles ou dans des endroits éloignés, cette plage de température n’est pas suffisante. Les fournisseurs de stockage industriel ont maintenant eu le temps d’analyser et de tester le NAND 3D au point qu’il fonctionne constamment à de larges températures de fonctionnement et qu’il est maintenant disponible pour des applications industrielles.

Différences entre les types de NAND Flash

Il y a des avantages et des inconvénients pour chaque type de NAND Flash. Le SLC contient moins de données, mais il est très rapide et présente une résistance maximale. Il est cependant le plus cher. D’autres types de NAND peuvent contenir plus de données et sont moins chers, mais ont des niveaux de résistance beaucoup plus faibles et sont souvent plus lents. Il est donc important, au moment de décider quel NAND flash convient à une application, de bien prendre en compte ces caractéristiques et leur impact sur les performances de l’application.

Le principal facteur de différenciation entre les types NAND est probablement le cycle de durée ou l’annulation du programme (P/E). En raison du mode de fonctionnement de la mémoire NAND Flash, une cellule doit être effacée avant de pouvoir être écrite. Le processus de suppression puis d’écriture d’une cellule est appelé le cycle P/E. Chaque fois qu’une cellule est supprimée, elle est endommagée ou consommée, il y a donc une durée de vie pour chaque cellule. Cette situation est exacerbée par l’astuce du NAND Flash. Une cellule ne peut être supprimée que sous forme de bloc et s’écrit comme une page. La taille de chaque bloc et de chaque page est dictée par la conception de la puce NAND Flash, mais un bloc se compose de plusieurs pages. Si les informations d’une cellule changent, elles sont écrites dans une autre cellule et les anciennes données sont marquées “prêtes à être supprimées”. Ensuite, les “bonnes” données d’un bloc sont déplacées ailleurs et le bloc entier est supprimé.

Ainsi, souvent, même si les données d’une cellule ne changent pas, elles passent tout de même par un cycle P/E. Les cellules sont portées aussi régulièrement que possible grâce à la technologie de nivellement de l’usure. L’ensemble du processus augmente le nombre de cycles P/E et garantit que le NAND Flash n’est pas rempli de données redondantes. La durée de vie de l’appareil est définie comme une résistance et est proportionnelle aux cycles P/E du NAND Flash. N’oubliez pas de stocker d’abord les bits de données dans chaque cellule ?

Si l’on compare différents types de NAND, les cycles P/E typiques sont les suivants :

SLC 60 000
MLC de 1 500 à 3 000 (résistance plus faible pour le consommateur/forte résistance pour l’industrie)
CCM 3D de 500 à 3 000 (moindre résistance pour le consommateur/forte résistance pour l’industrie)

Comme vous pouvez le constater, il existe une différence significative dans la résistance aux NAND et le choix d’un type de produit inadapté aura un impact sur les performances de l’application.

3D XPoint (prononcer cross point) est un nouveau type de mémoire développé conjointement par Intel et Micron. Intel et Micron ont fait valoir que le 3D XPoint serait jusqu’à 1 000 fois plus rapide et aurait jusqu’à 1 000 fois la résistance du NAND Flash, tout en ayant une densité de mémoire 10 fois supérieure à celle de la mémoire conventionnelle. Les premiers produits sont certainement plus rapides et plus durables que le NAND et plus denses que la mémoire conventionnelle, mais ils ne sont pas encore pleinement à la hauteur de ces affirmations.

On trouve le 3D XPoint dans la gamme de produits Optane d’Intel qui se diffuse progressivement sur le marché des ordinateurs de bureau et des portables.

Combler le fossé avec le mode SLC

Le mode SLC est un hybride de 2 bits par cellule MLC qui utilise un micrologiciel intelligent pour émuler les états de stockage SLC. Il en résulte une plus grande résistance à la CCM (cycles P/E de 20-30K) à une fraction du coût seulement par rapport à la CLC. Pour les applications industrielles où le coût et la fiabilité sont d’égale importance, cela offre un bon compromis. Sur le marché, le SLC est souvent appelé pSLC et certains fabricants ont leur propre marque, comme iSLC et aMLC, mais ils sont essentiellement tous les mêmes.

Différences entre les NAND de consommation et de qualité industrielle

Le NAND de qualité industrielle est généralement SLC, mode SLC, MLC et, jusqu’à récemment, TLC 3D. La qualité industrielle est hautement personnalisable et fonctionne à de larges températures de fonctionnement entre -40°C et 85°C. Elle est utilisée dans l’aérospatiale, la défense, les transports, le médical, la marine, l’énergie et l’info-divertissement, pour n’en citer que quelques-uns.

La qualité de consommation ne peut pas être personnalisée et fonctionne à des températures comprises entre 0°C et 70°C. On le trouve généralement dans les téléphones, les ordinateurs portables, les tablettes, les PC et les téléviseurs.

3D NAND est un développement énorme et a sans aucun doute ses avantages. Mais est-il vraiment idéal pour les applications industrielles ? La réponse est que cela dépend vraiment de l’usage qu’on en fait.

Comme la technologie NAND 3D devient de plus en plus populaire dans les secteurs industriels, on craint que la production de SLC et de MLC ne s’arrête, si bien que les ingénieurs essaient de passer à la technologie NAND 3D en conséquence. Les SLC et les MLC ne disparaîtront pas du jour au lendemain. En fait, l’offre et la demande sont toujours fortes pour les deux, étant donné leurs caractéristiques de performance et de personnalisation uniques.

Il n’y a certainement pas de besoin immédiat de passer à la technologie NAND 3D car cette technologie est encore relativement nouvelle sur le marché industriel et évoluera dans les années à venir à mesure que les fabricants industriels spécialisés, tels que Innodisk et ATP Electronics, repousseront les limites de cette technologie. Il vaut certainement la peine de l’envisager en conjonction avec les produits SLC et MLC, mais il se situe au bas de l’échelle des prix, de la puissance et des performances.