Les disques SSD augmentent les vitesses de lecture et d’écriture des données pour les entreprises, accélérant leur capacité à prendre en charge les applications critiques. Dans les centres de données, les SSD répondent aux besoins des charges de travail d’entreprise dont les performances pâtissent des baies de stockage sur disques et des sous-systèmes de stockage des serveurs. À mesure que la popularité et la disponibilité des baies hybrides et tout-flash augmentent, le stockage SSD prend en charge les charges de travail intensives nécessitant de très hautes performances d’entrée-sortie. Les SSD présentent également l’avantage d’une faible consommation d’énergie, ce qui aide les centres de données à maîtriser leurs dépenses énergétiques. Ce guide consacré aux SSD présente leurs avantages et leurs inconvénients pour les entreprises.
Qu’est-ce qu’un SSD ?
Un SSD est un périphérique de stockage dépourvu de pièces mécaniques mobiles, qui contient de la mémoire flash et des contrôleurs. Certains SSD utilisent les mêmes formats externes que les disques durs, car ils sont commercialisés comme HDD de remplacement. Ils peuvent donc respecter les mêmes contraintes physiques que la plupart des baies de stockage existantes et ne nécessitent pas de réingénierie massive au niveau de l’usine ou du centre de données.
Les disques SSD utilisent de la mémoire flash NAND ou NOR, deux types différents de portes présentes dans les circuits électriques qui les alimentent. Cet article se concentre sur la mémoire flash NAND, beaucoup plus répandue que la mémoire NOR.
La mémoire NAND ne se limite pas aux supports SSD. L’architecture des cellules mémoire est également utilisée sur des cartes de circuits imprimés qui peuvent être intégrées à des SSD ou directement à un serveur ou à un autre appareil. Néanmoins, la majorité de la mémoire flash NAND est fournie par des disques SSD installés dans des baies de stockage, qui constituent le cœur du stockage flash non volatile des entreprises.
Les termes flash et SSD ne sont pas interchangeables : la mémoire flash NAND est un type de stockage non volatile, dans lequel des puces mémoire en silicium conservent durablement les données, avec ou sans source d’alimentation externe. Et les SSD ne se limitent pas à la mémoire flash NAND. Ils intègrent également des technologies mémoire comme la mémoire vive dynamique à accès aléatoire (DRAM).
Comme les SSD ne comportent aucune pièce mobile, ils fonctionnent beaucoup plus silencieusement et offrent des temps d’accès plus rapides. Ils consomment également globalement moins d’énergie que les disques durs.
Fonctionnement des SSD
Les SSD stockent les informations dans des matrices de cellules mémoire intégrées à une carte de circuits imprimés. Les cellules mémoire sont essentiellement des transistors à grille flottante. Chaque transistor possède deux grilles : l’une est une source qui laisse passer un courant, et l’autre est le drain qui l’expulse. Les cellules mémoire agissent comme des interrupteurs pour contrôler le flux d’énergie entre les bornes de source et de drain.
Des semi-conducteurs appelés transistors à grille flottante (FG) génèrent des charges électriques dans les cellules mémoire, qu’ils soient connectés ou non à une source d’alimentation externe (avec le temps, un SSD hors tension perd de l’énergie). Tant que la charge issue de la grille flottante est suffisante, l’intégrité des données est préservée.
Les cellules mémoire peuvent contenir un ou plusieurs bits par cellule. Dans une cellule à niveau unique (SLC), la grille de contrôle détecte si une grille flottante est chargée en électrons ou non. En réponse, elle enregistre une valeur de 0 ou de 1. Les cellules multiniveaux (MLC) fonctionnent de manière similaire.
Le SSD abrite non seulement les cellules mémoire interconnectées et les cartes de circuits imprimés, mais aussi le contrôleur flash, également appelé contrôleur SSD. Le contrôleur gère la connexion avec le périphérique lui-même ainsi que des fonctions supplémentaires comme la correction d’erreurs et la compression.
Avantages des SSD
Lorsqu’on compare les disques SSD et les disques durs, les SSD se distinguent nettement. Ils offrent de meilleures performances en matière de vitesse, d’efficacité énergétique et de durabilité.
Des performances supérieures
Même le disque dur le plus rapide, tournant à 15 000 tr/min, ne peut rivaliser avec les performances des SSD à mémoire flash NAND. Les meilleurs débits des SSD basés sur la mémoire non volatile express (NVMe) peuvent être jusqu’à 20 à 40 fois supérieurs à ceux des disques durs. La raison est physique : un disque dur doté de composants mécaniques constamment sollicités tombera plus rapidement en panne qu’un SSD dépourvu de pièces mécaniques. Au lieu de bras mécaniques et de têtes de lecture, le SSD utilise l’électricité pour générer les réponses de stockage des données. De meilleures performances signifient un démarrage plus rapide, des transferts de données plus rapides et une bande passante plus élevée.
Une consommation d’énergie réduite
Les pièces mécaniques mobiles des HDD nécessitent davantage d’énergie que les infimes courants électriques qui circulent dans les cellules mémoire des SSD. Les SSD évitent également l’accumulation importante de chaleur générée par des centaines de disques en rotation dans un centre de données, ce qui nécessite des investissements considérables dans les systèmes CVC et la régulation climatique.
Cela est particulièrement avantageux pour les organisations qui disposent de plusieurs grands centres de données : ceux-ci nécessitent de la maintenance et de l’énergie, et réduire ces besoins autant que possible permet de diminuer les coûts tout en améliorant la durabilité globale des entreprises.
Une durabilité à l’avenant
La durabilité des SSD et des HDD diffère. Les pièces mécaniques et les surfaces de stockage des HDD sont plus sensibles aux dommages environnementaux que les SSD, même si de nouvelles technologies renforcent la résistance des disques durs aux chutes. Par ailleurs, les SSD ne peuvent pas rester longtemps hors tension sans subir de fuite d’énergie, tandis que les HDD hors tension peuvent durer des décennies dans des environnements contrôlés.
Cependant, la durabilité des SSD s’améliore grâce aux fonctions intelligentes de stockage ajoutées au contrôleur. Ces technologies protègent le disque contre les fuites ou la corruption des données. Elles comprennent le code correcteur d’erreurs (ECC), le nettoyage de blocs inutilisés et la mise en cache des lectures et des écritures.
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Inconvénients des SSD
Bien qu’ils soient avantageux, les SSD ne sont pas parfaits. Leurs inconvénients comprennent un coût plus élevé, une capacité de stockage limitée et un cycle d’effacement plus court que celui des disques durs.
Des coûts globaux plus élevés
Le prix des SSD par gigaoctet a considérablement baissé ces dernières années, mais celui des HDD a également diminué. Les coûts des disques flash ont néanmoins suffisamment baissé pour que leurs performances supérieures deviennent rentables. Les performances sont véritablement déterminantes : si les disques durs ralentissent les bases de données transactionnelles et d’autres applications intensives, acheter des disques durs pour leur prix abordable constitue une fausse économie.
Gardez à l’esprit que les prix dépendent réellement du matériel concerné. Des disques durs de grande capacité et de haute qualité conçus pour l’archivage en entreprise peuvent coûter bien plus cher qu’un SSD NVMe économique conçu pour un PC.
Une capacité de stockage des données inférieure
La capacité des SSD NAND reste inférieure à celle des HDD en raison des limites d’écriture des cellules mémoire NAND. Plus une carte de circuits contient de cellules mémoire, plus la densité atteinte par le SSD est élevée. Cependant, la mémoire NAND planaire (bidimensionnelle) ne peut contenir qu’un nombre limité de cellules avant que celles-ci ne commencent à tomber en panne.
Pour y remédier, les chercheurs ont développé la mémoire NAND 3D en empilant les cellules mémoire verticalement et horizontalement. Cela permet à la mémoire NAND 3D d’atteindre une densité supérieure, une consommation d’énergie réduite, une meilleure endurance et des vitesses de lecture et d’écriture plus élevées, à un coût par gigaoctet inférieur. Ces améliorations ont permis aux fabricants d’augmenter la capacité de stockage des SSD.
Globalement, toutefois, les disques durs destinés aux entreprises offrent généralement une capacité supérieure. Ils peuvent atteindre 20 To, tandis qu’un disque NVMe de qualité plafonne habituellement autour de 8 To.
Un cycle de vie plus court que celui des HDD
Les SSD ont un cycle d’écriture bien plus limité que les HDD avant de tomber en panne. La principale raison est qu’ils ne peuvent pas écraser les blocs existants : ils doivent d’abord les effacer, puis écrire les nouvelles données. Ce processus finit par affecter l’intégrité de la cellule mémoire. Le nombre maximal d’écritures de la mémoire NAND varie selon le nombre de bits par cellule :
- Mémoire flash NAND à cellule à niveau unique — 50 000 à 100 000 cycles d’écriture
- Cellule multiniveau — 3 000 cycles d’écriture
- eMLC (MLC d’entreprise) — 10 000 à 30 000 cycles d’écriture
- Cellules à trois niveaux — 300 à 1 000 cycles d’écriture
- Mémoire NAND 3D — 1 500 à 3 000 cycles d’écriture
Un support d’archivage peu adapté
Les entreprises veulent pouvoir accéder à leurs archives de données, les analyser et les monétiser. En raison de leur nombre limité de cycles d’écriture, les SSD ne conviennent pas aux archives actives ni aux analyses répétées des mêmes ensembles de données. Puisque le principe des archives actives est de pouvoir accéder aux données à volonté, cela dépasse le nombre de cycles d’écriture que les cellules mémoire peuvent supporter.
De plus, les SSD haut débit sont souvent trop coûteux pour être viables dans le cadre d’un stockage à long terme. Le coût global inférieur et la capacité supérieure des disques durs les rendent plus adaptés à l’archivage à froid.
Les SSD constituent-ils un investissement pertinent ?
Bien que les SSD offrent des avantages dans les environnements de stockage, notamment pour les charges de travail critiques, ils peuvent augmenter le prix des achats de supports de stockage et nécessiter davantage de remplacements que les supports sur disques durs. Les SSD valent-ils le temps et le coût supplémentaires ?
Dans les environnements hautes performances, oui. Comme certains formats de SSD sont identiques à ceux des HDD, remplacer les disques par des SSD ne constitue pas toujours une mise à niveau technologique majeure. Et grâce à leurs performances supérieures et à la baisse de leurs prix, les SSD restent très avantageux dans les centres de données.
Compte tenu de ces avantages et inconvénients, les SSD sont d’excellents choix pour les charges de travail d’entreprise intensives, comme les bases de données fortement transactionnelles, le streaming web et les environnements denses tels que les infrastructures de postes de travail virtuels (VDI). Même s’ils peuvent nécessiter un investissement important en temps, notamment si votre entreprise passe à des disques basés sur NVMe, ils en valent la peine, car ils peuvent mieux répondre aux besoins d’accès rapide aux données de vos applications les plus critiques.
En résumé : les SSD pour les entreprises
Les temps d’accès plus rapides des SSD améliorent les performances des applications critiques, car ils permettent d’accéder plus rapidement aux données. Leur efficacité énergétique améliore la productivité des centres de données. Même si certains SSD ne conviennent pas parfaitement à tous les environnements de stockage, ils sont avantageux pour de nombreux systèmes. Déterminez soigneusement quelles applications nécessitent un accès rapide et lesquelles requièrent un stockage d’archives. Cela vous aidera à déterminer quels environnements ont besoin de SSD.
Déterminez également quels SSD sont les mieux adaptés aux différents environnements de stockage. Des SSD moins chers peuvent être achetés en volume à un prix raisonnable, tandis que vous souhaiterez peut-être acquérir quelques disques de haute qualité plus coûteux pour prendre en charge vos applications les plus critiques. Pendant longtemps, les SSD n’ont pas été aussi rentables que les disques durs. Mais les progrès récents des technologies de stockage et l’évolution générale du marché ont rendu les SSD viables pour toutes les entreprises, des grands groupes aux start-up.
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