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Disque SSD
Disque SSD

Qu’est-ce qu’un SSD, au juste ? Le disque à semi-conducteurs, ou disque SSD (Solid-State Drive).

L’abréviation SSD désigne une technologie de disque dur moderne et rapide. Les précurseurs de ces disques durs existaient déjà depuis les années 1950 (Le HDD), tandis que les SSD à proprement parler ont fait leur apparition dans les années 1970. À l’époque, ces solutions étaient extrêmement coûteuses, avaient une durée de vie très limitée et perdaient leurs données si l’alimentation était coupée (support à mémoire volatile).

Il faut attendre les années 1990 pour voir apparaître les premiers SSD à mémoire flash sur le marché, qui conservent les données enregistrées indépendamment de la mise sous tension ; des appareils à mémoire non volatile, donc. Outre les modules flash, ces disques embarquent aussi des modules de stockage SDRAM, qui servent surtout de mémoire tampon pendant l’utilisation. Ils sont certes volatiles, mais nettement plus rapides que les RAM classiques. Aujourd’hui, les SSD industriels peuvent atteindre une capacité de stockage de 100 téraoctets, pour 5 millions de cycles d’écriture et une durée de conservation des données allant jusqu’à 10 ans. Ils peuvent par exemple servir à constituer des serveurs rapides avec SSD.

Comment fonctionne cette technique ?

Dans un SSD, les informations à enregistrer sont inscrites sur des cellules semi-conductrices. Ces cellules conservent leur statut même lorsque l’alimentation électrique est coupée : c’est le principe de la mémoire flash.

Chacune cellule peut présenter deux états uniquement : occupée ou vide. Cette méthode est baptisée Single Level Cell (SLC) et s’utilise essentiellement dans les équipements industriels très onéreux. Une cellule correspond à un bit, ce qui montre bien qu’on a besoin d’un très grand nombre de ces cellules pour atteindre, par exemple, un total d’un gigaoctet (1 GO) : cela représente 109 ou 1 milliard de cellules de stockage (ou plus exactement 230 = 1 073 741 824). Une simple lettre en code ASCII occupe à elle seule 8 bits. Vous devinez donc l’espace de stockage nécessaire pour un document de texte ou même pour des images.

Cela étant, il est aussi possible d’utiliser des unités de tailles différentes sur une même cellule, afin d’y stocker plus d’un bit par cellule. Ce type de stockage s’appelle Multi Level Cell (MLC) et permet, en général, d’enregistrer 2 bits par cellule. Ainsi, on peut enregistrer davantage de données sur une même surface et faire des économies. Cette solution a toutefois l’inconvénient d’un nombre de cycles en écriture plus faible.

Autre niveau de densification, on retrouve aussi le Triple Level Cell (TLC), qui diminue encore les coûts.
Les composants semi-conducteurs ont une durée de vie limitée. Pour pallier à ce problème, les SSD embarquent un contrôleur interne qui détecte les cellules usées. Ce système, le Bad Block Management, identifie les blocs dont les cellules de stockage risquent de tomber en panne, les marque comme défectueux et les remplace par des cellules issues d’une réserve maintenue à disposition. En fonction de la taille des SSD, cette réserve représente de 2 à 7 % de la capacité de stockage totale et allonge considérablement la durée de vie du support de stockage.

N’oublions pas de mentionner le Solid State Hybrid Drive (SSHD, parfois HHD pour Hybrid Hard Disk). Il s’agit d’un support de stockage combinant un disque HDD et un disque SSD. La mémoire flash rapide du SSD peut accélérer la vitesse globale d’un modèle hybride de ce type par rapport à un disque dur HDD classique, sans toutefois égaler la vitesse d’un SSD pur.

Principaux avantages et inconvénients du SSD par rapport au HDD classique

Lumière et ombre vont de pair, mais les zones d’ombre du SSD sont très clairement contenues.

Nets avantages du SSD

Un avantage majeur du SSD est son délai d’accès aux données réduit, près du centième du temps nécessaire à un HDD. Le SSD présente aussi des taux de transfert bien plus élevés en lecture et en écriture. Il n’a pas de temps de démarrage et ne contient aucune pièce mécanique (à l’exception des prises pour le raccordement). De plus, cette technologie résiste aux chocs et aux vibrations, consomme moins d’énergie et dégage ainsi moins de chaleur. Le rapport volume/espace de stockage est lui aussi bien plus intéressant. Beaucoup d’utilisateurs apprécient le fonctionnement silencieux du SSD.

Inconvénients de cette technologie

Les disques durs SSD sont (encore) nettement plus chers que les disques classiques, tandis que le nombre des cycles en écriture/lecture est limité à cause des propriétés de leurs composants semi-conducteurs. Les lecteurs SSD sont également sensibles aux températures très élevées.

Dans quels cas le SSD est-il particulièrement recommandé ?

De plus en plus d’appareils destinés aux particuliers sont équipés de SSD, notamment les ordinateurs portables ou de bureau, les appareils photos numériques ou les appareils de lecture de musique. Dans le cas des ordinateurs de bureau, on a tendance à installer un SSD en tant que disque système et espace de stockage des programmes, que l’on associe à un HDD (souvent bien plus volumineux) pour les données de travail. Les smartphones et tablettes ont généralement une durée de vie plus courte que les appareils fixes, ce qui les prédestine à embarquer un SSD. Tous ces appareils profitent également du poids réduit, de la rapidité et de la résistance aux chocs des SSD. L’évolution des prix de cette technologie laisse penser que, à l’avenir, toutes les solutions de stockage à destination des particuliers adopteront le SSD.

Les applications professionnelles ou industrielles concernent surtout les serveurs haute performance. On retrouve aussi ces supports sur les ordinateurs portables ou de bureau haut de gamme. Par ailleurs, cette technologie de stockage trouve aussi son utilité dans les applications nécessitant d’accéder (presque) en temps réel à de grandes quantités de données, comme dans l’aviation ou l’astronautique (notamment dans les boîtes noires), mais aussi dans le domaine militaire.

Quand utiliser un disque SSD devient une mauvaise idée

En général, il est important de savoir quand utiliser ou non une technologie. Le disque SSD n'échappe pas à la règle. Voici cinq cas où l'utilisation d'un disque SSD est une mauvaise idée.

Le disque à semi-conducteurs, ou disque SSD (Solid-State Drive), s'est imposé dans les datacenters. Installés côté serveur, les disques SSD permettent d'améliorer les performances des machines. Coté stockage, ils éliminent le goulet d'étranglement qu'induisent des connexions en avalanche de type « boot-storm ».
Toutefois, comme la plupart des technologies, il est aussi important de savoir dans quels cas utiliser ou non ces équipements. Voici donc quelques situations dans lesquelles il est préférable de trouver une autre solution.

N’utilisez pas de disques SSD lorsque les applications affichent peu d'accès intensifs en lecture

En effet, les temps d'accès en lecture des disques SSD sont particulièrement courts. Sur ce plan, leurs performances peuvent être plus de dix fois supérieures à celles des disques mécaniques (HDD).
Mais chaque médaille ayant son revers, les disques SSD perdent tout leur intérêt dans les accès en écriture. Non seulement les écritures sont lentes, mais elles usent les cellules de mémoire SSD. Passée une durée de vie d'écriture moyenne, ces cellules commencent à s'épuiser (consultez le fabricant pour plus de détails sur les spécificités de son système). Et à mesure que les cellules s'épuisent, les performances globales se dégradent.
Au bout du compte, les disques SSD doivent être remplacés pour rétablir les performances, et nous savons tous qu'ils sont loin d'être bon marché. Certains fournisseurs offrent pourtant d'importantes garanties.

Le ratio lecture/écriture idéal ?

Il n'existe probablement pas, mais commencez avec un ratio idéal de 90/10. Les besoins spécifiques de vos applications risquent de vous obliger à un compromis en la matière, mais c'est un point de référence qui permettra aux responsables informatiques de prendre des décisions en connaissance de cause.
En tout état de cause, si le ratio est inférieur à 50/50, il est évident que la meilleure option sera le disque mécanique. Dans ce cas, en effet, sur le plan du fonctionnement des applications, les performances en lecture du disque SSD seront annulées par ses mauvaises performances en écriture.
Enfin, si vous avez besoin d'un disque SSD pour ses performances en lecture, mais si la vitesse d'écriture pose problème, pensez à des fournisseurs qui utilisent des mécanismes de contrôle d'usure et limitent l'amplification des opérations d'écriture pour réduire son incidence. La taille du disque SSD a également son importance. Qui plus est, le choix d'un SSD bon marché augmente les risques d'emballement, car il réduit les chances de lecture récursive.

N’utilisez pas de disques SSD en cas d'accès aux données fortement aléatoires

La technologie SSD est parfois appelée « cache-tier » et désigne alors un niveau de cache intermédiaire ; un nom parfaitement approprié.
Fondamentalement, lorsque les données résident dans le cache, celui-ci élimine le recours à leur extraction sur un disque mécanique. Les applications qui impliquent des accès hautement aléatoires ne tireront purement et simplement aucun parti du disque SSD : le contrôleur de batterie dirigera l'opération de lecture vers le disque mécanique, et un disque SSD constituera alors une dépense peu rentable.

N’utilisez pas de disques SSD polyvalents dans un environnement hautement virtualisé

Bon, cette recommandation prête à controverse, car il existe certaines situations où l’utilisation d’un disque SSD se justifie vraiment avec des machines virtuelles. Par exemple en cas de connexions en avalanche (boot-storm).
Toutefois, lorsqu'un grand nombre de machines virtuelles accèdent au même disque SSD, les données prennent un caractère hautement aléatoires, au moins du point de vue du stockage. Lorsque plusieurs centaines de machines virtuelles accèdent en lecture et en écriture au même support de stockage, une machine écrase constamment les données d'une autre machine.
Cependant, il existe des solutions SSD conçues spécifiquement pour les environnements virtuels, ce qui explique la mise en garde ci-dessus concernant les disques « polyvalents ».

N’utilisez pas de disque SSD côté serveur pour résoudre les problèmes de goulet d'étranglement des E/S de stockage

Côté serveur, le disque SSD est essentiellement un cache de serveur. Il permet ainsi de résoudre un problème de traitement, voire un problème de bande passante réseau.
La répartition des disques SSD à l'échelle de centaines de serveurs physiques – chaque serveur étant alors équipé de son propre SSD – peut certes contribuer à résoudre le problème de goulet d'étranglement des E/S. Mais pas aussi efficacement que la même capacité en agrégat sur un niveau de stockage.

N'utilisez pas le Niveau 0 pour résoudre les problèmes de goulet d'étranglement réseau.

Si c'est le réseau qui empêche la distribution des données, il est évident que l'optimisation du système de stockage sous-jacent n'aidera pas à résoudre le problème. Un disque SSD coté serveur peut nénamoins limiter le besoin d'accéder au système de stockage et ainsi diminuer la sollicitation du réseau.

Ne déployez pas de disque SSD grand public pour des applications d'entreprise

Les fabricants de disques SSD utilisent trois types de mémoires : SLC (single-layer cell), MLC (multi-layer cell) et eMLC (enterprise multi-layer cell).
La technologie MLC est considérée comme celle de la mémoire grand public. Elle équipe la plupart des applications du commerce. Elle autorise une capacité de 3 000 à 10 000 opérations d'écriture par cellule. 
Plutôt destinée aux entreprises, la mémoire SLC affiche, quant à elle, une capacité pouvant aller jusqu'à 100 000 opérations d'écriture par cellule.
Avec la mémoire eMLC, les fabricants ont essayé de trouver un équilibre entre prix et performances, en proposant environ 30 000 opérations d'écriture par cellule, mais à un prix inférieur à celui de la mémoire SLC. Acheteurs, soyez vigilants, car la qualité a toujours un prix.

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