Les SSD sont devenus l’une des technologies les plus répandues au cours de la dernière décennie grâce à l’incroyable amélioration des performances qu’ils offrent pour les ordinateurs de bureau et l’informatique d’entreprise sur les disques durs traditionnels.
Ils sont également plus légers et consomment moins d’énergie, ce qui améliore la durée de vie de la batterie des ordinateurs portables et, comme ils ne contiennent aucune pièce mobile, laisser tomber votre appareil sur une surface dure n’endommagera pas les données sur un SSD de la même manière qu’avec un disque dur. .
Les SSD sont désormais une fonctionnalité standard dans la plupart des nouveaux PC grand public. Mais la technologie a quelques bizarreries uniques qui signifient qu’elles doivent être conçues, utilisées et configurées d’une manière légèrement différente.
Les SSD ont deux composants principaux : un contrôleur, qui est un petit processeur avec sa propre mémoire, et un ensemble de plusieurs millions de cellules de mémoire flash utilisées pour stocker des données.
Les cellules de mémoire flash sont des puces de silicium non volatiles (ce qui signifie qu’elles conservent les données lorsqu’elles sont éteintes, contrairement à la mémoire système) et elles peuvent être effacées et écrites plusieurs fois. Chaque cellule peut contenir des données dans une grille flottante, écrites avec des tensions.
Avec des disques à chiffrement automatique, conçus pour ajouter une couche de sécurité robuste aux données stockées sur un SSD, le contrôleur contient également un processeur dédié au chiffrement et au déchiffrement des données lors de leur lecture à partir de la mémoire flash.
De nos jours, tout ce que vous possédez et qui sert à une fonction de stockage de données est susceptible de contenir du Flash NAND ; son utilisation a connu une croissance exponentielle au fil des ans avec des pétaoctets (c’est-à-dire un million de gigaoctets) de produits expédiés au cours de la dernière décennie.
De nos jours, la NAND peut être trouvée tout autour de nous – le smartphone que vous possédez, le serveur d’un fournisseur d’hébergement Web, l’ordinateur de votre bureau et même des équipements médicaux complexes peuvent comporter la NAND.
Toutes les NAND ne sont pas créées de la même manière, comprendre la différence entre les types de flash NAND est une tâche importante, mais généralement négligée par les consommateurs. Différents types de NAND ont des caractéristiques différentes, ce qui a des implications importantes en termes de performances, d’endurance, de fiabilité et de coût.
Sommaire
Les limites de la mémoire flash
La première limitation est que le stockage flash reste généralement plus cher que les disques durs de même capacité. Bien que les prix des SSD aient baissé de manière étonnante au cours de la dernière décennie, en partie grâce à une efficacité de fabrication accrue avec des frais généraux inférieurs et une croissance explosive de la demande, il est toujours nécessaire de réduire le coût par gigaoctet de stockage flash.
Le deuxième problème est que la mémoire flash a une durée de vie limitée. Évalué en cycles P/E (Program-Erase), chaque cellule d’un SSD ne peut être écrite qu’un certain nombre de fois avant de ne plus contenir de charge électrique. Il n’y a actuellement aucun moyen d’éviter totalement ce problème avec n’importe quel type de mémoire flash.
SLC et MLC NAND
Face à ces problèmes, les ingénieurs ont trouvé un moyen intelligent d’obtenir plus de capacité de stockage de données à partir de la même quantité de flash NAND dans un SSD – en augmentant le nombre de bits de données que chaque cellule peut contenir. L’inconvénient est que, chaque cellule contenant plus de données, l’endurance du disque est réduite, ce qui réduit le nombre de cycles P/E pour lesquels un SSD est évalué.
La Flash NAND qui ne peut contenir qu’un seul bit de données par cellule, avec deux valeurs binaires – 0 ou 1 – est appelée SLC. Mais cette NAND est si coûteuse par gigaoctet que les SSD SLC sont prohibitifs et ne conviennent pas à une utilisation dans les PC et ordinateurs portables grand public. Mais SLC NAND offre la meilleure endurance possible, avec jusqu’à 100 000 cycles P/E.
MLC NAND utilise deux bits de données par cellule, avec 4 valeurs binaires possibles. Lorsque les SSD ont commencé à décoller il y a une dizaine d’années, c’est grâce au flash MLC NAND permettant aux capacités SSD utiles dans un ordinateur de bureau ou portable standard de devenir enfin abordables. Mais l’augmentation de la capacité de stockage réduit l’endurance du SSD à 10 000 cycles P/E.
Bien que cette longévité réduite ressemble à une chute importante, il est peu probable que vous « usiez » un SSD MLC, à moins que vous n’y écriviez constamment. Dans la plupart des configurations domestiques typiques, y compris même les postes de travail de jeu, de conception et de création de contenu haut de gamme, il existe peu de scénarios d’utilisation dans lesquels les données sont écrites en permanence sur un lecteur.
L’utilisation des entreprises et des centres de données est légèrement différente, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles un SSD d’entreprise typique est configuré différemment d’un lecteur grand public, mais ici aussi, l’endurance d’un lecteur MLC ne devrait jamais devenir un problème, même sur de longues périodes.
TLC NAND
Le concept de MLC a connu un tel succès que la prochaine étape évidente consiste à utiliser encore plus de bits de données par cellule. 3D TLC NAND Flash utilise trois bits par cellule, pour 8 valeurs binaires possibles, offrant une autre énorme amélioration de la capacité / réduction des coûts. Cette technologie a aidé les SSD à devenir grand public, suffisamment abordables pour être utilisés sur n’importe quel ordinateur à des niveaux de capacité utiles pour la plupart des applications.
À partir de 2021, TLC est désormais devenue la technologie prédominante dans tous les SSD grand public, utilisée dans les disques hautes performances destinés aux serveurs, aux jeux PC et même à l’informatique côté client la plus exigeante, ainsi que des SSD d’entrée de gamme plus abordables destinés à plus usage général. Mais avec la technologie TLC, l’endurance est encore réduite, à seulement 3000 cycles P/E. Cela peut sembler une réduction inquiétante, mais même avec une endurance réduite, un utilisateur moyen aura du mal à remarquer une différence entre un SSD MLC et TLC.
La majorité des applications logicielles passent plus de temps à lire les données d’un disque qu’à y écrire. Les tâches informatiques de base telles que la navigation sur le Web, la messagerie électronique et le traitement de texte n’écrivent pratiquement aucune donnée sur le disque. Les jeux et les applications ne sont généralement installés qu’une seule fois et ne réécrivent plus jamais beaucoup de données. Même les tâches haut de gamme qui impliquent la manipulation de fichiers volumineux tels que le montage vidéo et la conception graphique ne passeront pas toute la journée à écrire des fichiers volumineux – mais les écritures sont généralement sporadiques.
Pour à peu près tout le monde, un SSD TLC est un excellent choix, fonctionnera selon des normes élevées et coûtera beaucoup moins cher qu’un lecteur MLC haut de gamme. Il a maintenant remplacé le MLC en tant que technologie SSD dominante.
QLC NAND
La prochaine étape de la technologie SSD est QLC – quatre couches de bits par cellule, pour 16 valeurs binaires possibles. Cela permet une autre augmentation étonnante de la capacité et une réduction des coûts. Cela signifie également une endurance réduite, à seulement 1 000 cycles P/E. QLC est la technologie NAND la plus abordable et les disques SSD QLC sont les disques les moins chers que vous puissiez acheter. Malgré de nouvelles réductions de l’endurance, les SSD QLC sont déjà devenus courants.
Qu’est-ce que la NAND 3D ?
Au fur et à mesure que la technologie SSD a évolué, les ingénieurs ont rencontré un autre problème lors de la mise à l’échelle de la NAND 2D régulière afin d’obtenir des densités plus élevées à moindre coût. En 2D NAND, les cellules qui stockent les données sont placées horizontalement, côte à côte. Cela signifie que la quantité d’espace sur laquelle les cellules peuvent être placées est limitée et essayer de rendre les cellules plus petites réduit leur fiabilité. Cette limitation a été surmontée en empilant les cellules verticalement et horizontalement, ce qui permet une capacité de stockage plus élevée, des améliorations de l’endurance et une consommation d’énergie plus faible. La 3D NAND est désormais utilisée conjointement avec la technologie TLC et la technologie QLC dans la plupart des disques haut de gamme pour la meilleure combinaison d’endurance, de capacité et de coût.
