Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les Solid State Drives

En 2015, Cactus, concepteur de mémoire Flash industrielle, a publié une série d'articles sur son blog (liens détaillés plus bas) couvrant la technologie des disques SSD, partant d'une simple cellule Flash NAND jusqu'au packaging, aux fonctions du contrôleur et aux caractéristiques des SSD. Ces informations sont valables pour tous les types de SSD, depuis les populaires SSD SATA 2.5" jusqu'aux produits sous forme de cartes telles que CompactFlash, cartes SD, PC Cards et produits modulaires comme les mSATA, CFast et M.2, d'où le caractère universel des réponses que vous trouverez dans le présent article.

Qu'est-ce qu'un disque SSD ?

Un SSD est un appareil de stockage qui émule un disque rotatif, mais qui est conçu à partir de composants semi-conducteurs.

 Typiquement, les SSD sont fabriqués en utilisant des mémoires Flash NAND, mais un produit basé sur de la DRAM serait également considéré comme un SSD. Le format le plus courant est le facteur de forme 2.5", mais les cartes et modules Flash tels que les CompactFlash, SD Cards, mSATA jusqu'aux cartes PCIe sont également des SSD.

Puisqu'un SSD n'a aucune pièce mobile, il peut supporter des valeurs de chocs et vibrations bien supérieures aux disques rotatifs. Sans moteur servant à faire tourner les plateaux ni actuateur pour le mouvement des têtes à une position définie, un SSD nécessite généralement beaucoup moins d'énergie électrique que ses contreparties disques magnétiques.

Que fait un disque SSD ?

Un Solid State Drive remplace un disque dur dans toutes les applications qui nécessitent l'un des attributs suivants :

• Taille physique plus petite -pouvant également être amovible comme les CompactFlash, SD Cards, etc.
• Moins d'énergie électrique consommée
• Performances supérieures -particulièrement le transfert de blocs de petite taille utilisés pour le traitement des transactions.
• Coût intrinsèque plus faible -si une faible capacité mémoire est requise

Le format SSD le plus populaire est le 2.5" et offre une interface SATA, et encore du PATA chez Cactus. Un SSD 2.5" SSD est installé comme un disque rotatif. Le système hôte ne fait pas la différence entre un SSD et un disque dur. Il est formaté et utilisé de la même façon. Dans le cas du SSD 2.5", les accès beaucoup plus rapides et la meilleure durée de vie de la batterie sont les principales différences ressenties par l'utilisateur.

Des disques SSD, pour quelles applications ?

Un Solid State Drive est utilisé pour fournir de meilleures performances et/ou une consommation électrique plus faible qu'un disque dur dans un calculateur. Il est également utilisé pour de nouveaux développements de systèmes ou caculateurs embarqués nécessitant de plus petits encombrements, une amovibilité, une faible consommation, des performances plus élevées et/ou un coût moindre si une faible capacité est requise.

Il y a actuellement une tendance grandissante à installer des disques SSD en lieu et place des disques durs dans les notebooks. Une analyse récente a montré que le total de la capacité mémoire SSD est égal à 16% de l'utilisation du disque dur. Ceci est une tendance rapidement croissante depuis 2 ou 3 ans. Auparavant, ce pourcentage était dans les valeurs basses, à un chiffre.

Comment fonctionnent les disques SSD ?

Un disque SSD émule un disque dur dans un ordinateur hôte ou un système embarqué. Il le fait au travers d'un contrôleur spécialement développé pour cette fonction, et qui dispose de la même interface électrique qu'un disque rotatif. Dans la majorité des cas, il utilise exactement le même connecteur et le même facteur de forme qu'un disque dur.

Une partie du contrôleur gère la mémoire Flash NAND qui stocke les données du SSD. Alors que la fonction du contrôleur apparaît relativement simple, il y a beaucoup de complexité derrière la gestion de la Flash NAND et cela requiert de forts et coûteux investissements pour créer un contrôleur SSD fiable.

Quelle durée de vie pour les disques SSD ?

La durée de vie d'un SSD dépend de l'application sur laquelle il est utilisé. A l'inverse des disques rotatifs que les SSD ont été voués à remplacer, la mémoire SSD a un nombre fini d'endurance en terme de cycles d'effacement. Cela rend l'écriture des données sur le SSD très importante. Par exemple, un disque SSD SATA 2.5" pourra durer des dizaines d'années dans des applications de faible intensité en écriture, mais seulement quelques semaines dans une application d'enregistrement de données intensive.

Il existe également différents types de mémoire Flash NAND, allant des plus fiables et coûteuses Single Level Cell (SLC) jusqu'aux mémoires à faible coût et très faible fiabilité Tri Level Cell (TLC). Il est donc primordial lors du choix d'un SSD, de sélectionner celui qui sera le bon pour l'application retenue.

Disques SSD vs. disques rotatifs

Depuis que le SSD a proliféré sur le marché, "Quelles sont les différences entre un Solid State Drive et un disque dur" est devenue une question récurrente.

Un disque SSD n'a aucune pièce mobile comparé à un disque rotatif qui lui a deux éléments mobiles majeurs :

1. Un moteur rotatif pour entrainer un ou plusieurs niveaux de plateaux
2. Un actuateur déplaçant les têtes de lecture-écriture au travers des plateaux

Un Solid State Drive est fait de composants semi-conducteurs, de ce fait la résistance aux chocs et vibrations est de façon significative bien meilleure que pour un disque dur. D'autres attributs supérieurs du SSD sont la faible consommation et de bien meilleures performances -particulièrement sur les petits blocs de données.

Les disques durs sont toujours sur le marché car ils proposent des capacités supérieures à des prix inférieurs aux SSD.

Appelez Miel au 01 60 19 09 85 pour tout complément d'information sur les produits Flash industriels et embarqués.

La spécialisation de Cactus Technologies se concentre sur les produits de stockage Flash en grade industriel basés sur la NAND SLC -la plus fiable- et les produits en grade commercial avec une BOM (nomenclature) figée et des cycles de vie très longs basés sur la technologie NAND MLC. Le concept général des disques SSD est principalement le même, depuis les SSD grand public ou les larges baies de disques SSD pour les serveurs d'entreprise. Cactus assiste les clients OEM dans l'embarqué afin d'offrir de la fiabilité dans leurs systèmes et fournir ainsi un service allant au-delà de leurs attentes.

Pour aller encore plus loin :

Steve Larrivee a plus de 30 années d'expérience sur le marché du stockage de données, incluant 5 années chez Seagate Technology et 10 années chez SanDisk. Il a rejoint Cactus Technologies Limited comme partenaire et a co-fondé Cactus USA en 2007 avec son collègue Tom Aguillon.

Cactus a rédigé une série d'article pour aller plus loin dans la description de la technologie SSD :

Introduction des disques SSD :

Solid State Drive Primer # 1 - Introduction - The Basic NAND Flash Cell

Solid State Drive Primer # 2 - Introduction - SLC, MLC and TLC NAND Flash

Architecture des disques SSD NAND :

Solid State Drive Primer # 3 - NAND Architecture - Strings and Arrays

Solid State Drive Primer # 4 - NAND Architecture - Pages & Blocks

Solid State Drive Primer # 5 - NAND Architecture - Planes and Die

Solid State Drive Primer # 6 - NAND Architecture - Component Packaging

Architecture du contrôleur de disque SSD :

Solid State Drive Primer # 7 - Controller Architecture - Basic Overview

Solid State Drive Primer # 8 - Controller Architecture - Channels and Banks

Solid State Drive Primer # 9 - Controller Architecture - Controller Block Diagram

Fonctions du contrôleur de disque SSD :

Solid State Drive Primer # 10 - Controller Functions - Wear Leveling

Solid State Drive Primer # 11 - Controller Functions - Garbage Collection

Solid State Drive Primer # 12 - Controller Functions - TRIM Command

Solid State Drive Primer # 13 - Controller Functions - Over-Provisioning