Le Solid-State-Drive, communément appelé SSD, est un support de stockage basé sur la technologie de la mémoire Flash. La mémoire Flash est une mémoire à semi-conducteurs dite réinscriptible. A la différence de la mémoire vive (RAM), on peut modifier son contenu, mais sans que ce dernier soit totalement effacé lors de la mise hors tension de l’équipement. La technologie SSD arrive, petit à petit, à remplacer la technologie Hard-Drive-Disque, ou HDD.
Le SSD est désormais majoritairement utilisé dans l’informatique grand public et prend de plus en plus de place dans l’informatique professionnelle. A noter qu’il existe également des gammes de composants de SSD industriels spécialement conçus pour résister aux environnements difficiles.
Les caractéristiques du Solid-State-Drive
L’avènement du SSD
Les années 2000 ont été une période de grande évolution pour l’informatique. En effet, les micro-processeurs du marché ont vu leur puissance de calcul exploser, les cartes graphiques et GPU sont chaque jour plus puissants, les mémoires vives, comme la RAM, proposent des capacités et vitesses toujours plus importantes.
Parmi toutes ces évolutions on notera également l’explosion des capacités des disques dures mécaniques qui sont passés de quelques Go (Giga Octets) à plusieurs To (Tera Octets).
Cependant, même si bon nombre d’innovations sont notables, ce dernier n’a pas essuyé de révolution. Encore aujourd’hui, un HDD classique propose une latence moyenne de 4.2 millisecondes (ms), couplé à un temps de recherche moyen compris entre 8 et 12 ms, ce qui donne un temps d’accès moyen à une donnée de l’ordre de 12 à 16 ms. Ces temps d’accès génèrent un goulot d’étranglement alors que les processeurs sont toujours plus puissants et capables de traiter des volumes de données toujours plus importants en parallèle.
En 2007, une révolution dans l’univers du stockage pour le grand public est apparu : Le SSD. Il s’agissait d’un disque avec une capacité de stockage de 2 Go, contenu dans un ordinateur portable Asus : le Asus Eee pc 700 SSD. La technologie SSD est venue apporter une réponse à la problématique du temps moyen d’accès aux données : il est maintenant de l’ordre de 0.1 ms soit 100 fois plus rapide.
La technologie SSD
La technologie Solid-State-Drive repose sur la mémoire Flash. Pour stocker les données, le SSD possède des puces mémoires. Celles-ci contiennent des semi-conducteurs qui fonctionnent avec des charges électriques pour stocker les données. Le traitement des données s’effectue électriquement (à la différence du disque dure qui les traite mécaniquement). Cette différence primordiale explique majoritairement la différence de performance.
Capacités des SSD
A ses débuts, la technologie était dispendieuse pour des capacités très faibles, de l’ordre d’une trentaine d’euros pour un Go en 2006. Puis, très rapidement, les constructeurs ont su proposer des disques de plus en plus importants (en termes de capacité) pour des prix de plus en plus optimisés. En 2011, le prix d’un Go atteint la barre des 1 euro. Puis en 2013, le prix moyen pour un Go était de l’ordre de 50 cents. En 2015, Sandisk annonce des SSD de 6 Tera Octets, pour un prix moyen du Go de 0.33 euros.
Format des SSD
Le format des SSD est 2.5”. Ils existent en plusieurs épaisseurs, on retrouve notamment 7mm et 9.5mm. En terme de connectique, il existe plusieurs types d’interfaces : l’interface SATA/mSATA et l’interface PCIe. Dernièrement l’arrivée du format M.2 est notable et propose d’excellentes performances.
Comparaison entre Solid-State-Drive et Hard-Drive-Disk
Les SSD fonctionnent sur une action électrique là où les disques durs “classiques” fonctionnent avec une action mécanique. Les autres différences majeures sont la vitesse d’écriture/effacement et la résistance aux chocs et aux vibrations. En effet les signaux électriques ne sont pas sensibles à ce type d’environnement, cela note une différence importante avec le système mécanique des disques durs qui, en plus de risquer la panne critique à chaque vibration, génère beaucoup de chaleur avec la rotation du plateau.
Un SSD consomme également moins d’énergie qu’un HDD et ce, malgré le fait que même en veille, il continue de garder un fonctionnement minimal en exécutant des processus comme le garbage collector.
Voici un tableau présentant les différences de performances entre SSD et disque mécanique :
| Caractéristique | SSD | Disque dure mécanique |
| Temps d’accès aléatoire | Environ 0,1 ms | De 2,9 à 12 ms |
| Vitesse de lecture/écriture | De 27 Mo/s à 3 Go/s | De 12 à 260 Mo/s |
| Vulnérabilité | Sensible au nombre de cycles d’écriture. Les coupures de courant peuvent rendre l’unité irrécupérable sur certains (anciens) modèles | Chocs et vibrations, sensible aux champs magnétiques |
| Durée de vie | Garantie constructeur variant de 1 à 10 ans | Garantie constructeur de 2 à 5 ans. Durée de vie sans limite a priori, mais limitée par la fragilité mécanique |
| Rapport coût/capacité | Environ 0,18 €/Go (2019) | Environ 0,06 €/Go (2019) |
| Capacité de stockage | jusqu’à 100 To | jusqu’à 16 To |
| Consommation | 0,1 à 0,9 W (veille) jusqu’à 0,9 W (activité) | 0,5 à 1,3 W (veille) 2 à 4 W (activité) |
Les différents types de SSD
Comme il existe différents niveaux de qualité pour les disques durs mécaniques, il existe différents types de SSD :
- Les gammes grand public, qui sont les SSD “classiques” qu’il est possible de se procurer dans toutes les enseignes spécialisées. Ces SSD utilisent une mémoire de type TLC.
- Les disques faits pour un usage professionnel, plus spécifiques à des besoins précis de fonctionnement intense. Ces équipements disposent généralement d’une technologie de type MLC/SLC.
- Les gammes informatique industrielle : De type TLC/MLC/SLC ces disques possèdent des caractéristiques de résistance particulières. Certains de ces disques ssd industriels proposent même des températures de fonctionnement de -45°C à 85°C.
Les SSD type SLC
Les SSD Single-Level Cell (SLC) NAND (Composé de mémoire Flash NAND) stockent une information par cellule élémentaire. Un cellule élémentaire représentant un bit, l’information est traduite par le fait que la cellule soit chargée (bit à 1) ou non (bit à 0). Restreindre le stockage de l’information sur un bit apporte plus de fiabilité et contribue à diminuer l’impact que pourrait avoir une erreur qui surviendrait au sein d’une cellule. De plus, cela réduit la durée pendant laquelle une interruption de l’alimentation ou un bug système viendrait interrompre le cycle d’écriture des données. La technologie SLC est donc fiable et performante. A noter qu’il s’agit de la technologie la plus endurante avec 100 000 cycles d’écriture/effacement environ sur des mémoires de 50 nm.
Les SSD type MLC
Les SSD Multi-Level Cell (MLC) NAND, stockent 2 informations par cellule élémentaire. Chaque cellule élémentaire est représentée par 2 bits. On gère alors 4 niveaux différents de charge (00, 01, 10, 11). Le fait de stocker 2 bits par cellule aboutit à réduire la marge entre les différents états (électriques) et donc de s’exposer à un taux d’erreurs plus élevé. La technologie MLC tend à être peu onéreuse, étant donné que l’on obtient une meilleure densité de stockage par cellule élémentaire. Les logiciels de lecture de mémoire compensent le taux d’erreur en utilisant divers algorithmes correcteurs d’erreurs.
Le plus utilisé est l’algorithme de Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (code BCH).
Parmi les algorithmes correcteurs d’erreurs des premières générations d’ordinateurs, on retrouve le code de Hamming. Ces SSD restent relativement endurants avec une capacité située entre 3 000 et 10 000 cycles par cellule selon les modèles.
Les SSD type TLC
Les SSD Triple-Level Cell (TLC) NAND, stockent 3 informations par cellule élémentaire. Chaque cellule est donc représentée par 3 bits, ce qui permet de gérer 8 différents niveaux de charge (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). De même que pour les SSD type MLC, le stockage de 3 bits par cellule élémentaire tend vers l’augmentation du taux d’erreurs proportionnellement à la diminution de la marge entre les différents états de charge. Comme pour les type MLC, la densité de stockage des disques TLC est plus importante et leur coût est moindre, ce qui se traduit notamment par une durée de vie plus courte avec environ 1 000 cycles par cellules.
Mise à jour: Les dernières versions de NAND 3D TLC possèdent des durées de vie comparable voir meilleure suivant les marques que les versions MLC. N’hésitez pas à nous contacter à ce propos, nous pourrons vous proposer des solutions innovantes.
Les principaux appareils industriels qui utilisent des SSD
L’informatique industrielle requiert souvent des appareils plus résistants aux chocs et vibrations que les équipements classiques. Parmi ces solutions on retrouve généralement des tablettes durcies, PC portable durci, des Panel PC, des PC Fanless ou encore des PC Rackables.
Afin d’améliorer leur résistance à ces divers environnements, ces équipements sont généralement équipés de SSD. De plus il existe des disques durs SSD à température étendues spécialement conçus pour ces environnements.
Bien sûr, les serveurs peuvent également utiliser des SSD. Il sont généralement de type SLC car un serveur héberge généralement une ou plusieurs applications critiques qui nécessite de la vitesse et de la qualité.
Un aparté à propos des disques embarqués
Historiquement, les systèmes embarqués, plus précisément pour les automobiles utilisaient des disques durs mécaniques dits ‘automotives’. Ces disques étaient résistants aux vibrations, à la température et aux utilisations intensives. L’arrivée des disques durs 24/24h 7/7j (appelé disque 24/7), a poussé les industries automobiles au changement. Ces derniers étaient plus efficaces que les disque automotives. Aujourd’hui les SSD remplacent avantageusement cette catégorie de matériel.
Dans un prochain article vous retrouverez toutes les informations techniques nécessaires sur la durée de vie des SSD ainsi que les possibilités de récupération de données.