Contrairement aux disques mécaniques en rotation des disques durs traditionnels, la plupart des disques SSD utilisent une mémoire flash NAND, un type de mémoire non volatile qui n’a pas besoin d’être alimentée pour conserver les données une fois celles-ci enregistrées. Les puces NAND sont également multicouches, ce qui signifie qu’elles peuvent stocker plusieurs bits d’information par cellule. Les disques qui utilisent ces puces multicouches sont classés selon le nombre de bits que chaque cellule peut contenir, de un à cinq : les disques SSD à cellule à niveau unique, multiniveau, triple niveau, quadruple niveau et pentaniveau.
Du prix à la vitesse, en passant par la fiabilité, les SSD multicouches présentent leurs propres avantages et inconvénients. Cet article les compare afin de vous aider à comprendre les cas d’usage dans lesquels ils excellent et à déterminer lequel répond le mieux à vos besoins.
Les SSD multicouches en un coup d’œil : tableau comparatif
Les SSD multicouches sont désignés par le nombre de niveaux des puces flash NAND qu’ils utilisent, autrement dit par le nombre de bits par cellule NAND. Voici un aperçu de leurs différences.
| Type de SSD | Nombre de couches/bits par cellule NAND | Durée de vie attendue en cycles de programmation/effacement | Cas d’usage |
|---|---|---|---|
| Cellule à niveau unique (SLC) | 1 | 50,000-100,000 | Opérations d’écriture intensives |
| Cellule multiniveau (MLC) | 2 | 10,000 | Centre de données d’entreprise |
| Cellule à triple niveau (TLC) | 3 | 3,000 | Produits numériques grand public |
| Cellule à quadruple niveau (QLC) | 4 | 2,000 | Opérations à forte dominante de lecture, IA/ML, diffusion en continu et distribution de contenus |
| Cellule à pentaniveau (PLC) | 5 | n/a | Stockage à long terme, archives de données |
Fonctionnement des SSD flash
Le flash a révolutionné le stockage des données en entreprise sous toutes ses formes, en accélérant le démarrage des PC et des appareils mobiles ainsi que le lancement des applications, et en permettant aux baies de stockage d’atteindre des performances fulgurantes pour l’analytique métier et d’autres charges de travail. Le stockage flash, dont les SSD ont rapidement supplanté les disques durs (HDD) selon la plupart des indicateurs de performance.
Outre la vitesse, le flash présente d’autres avantages : dépourvus de pièces mobiles, les SSD flash sont plus durables et moins susceptibles d’être endommagés par des mouvements brusques et des chocs physiques que les HDD traditionnels. Ils consomment également moins d’électricité. Bien qu’ils coûtent généralement plus cher au gigaoctet que les HDD, leurs performances accrues justifient souvent cette dépense pour de nombreuses entreprises.
La mémoire flash stocke les données dans des matrices de cellules mémoire définies par des transistors à effet de champ à grille flottante en métal-oxyde-semiconducteur (FGT), qui stockent un 1 ou un 0 binaire. Chaque FGT possède deux grilles, comme un interrupteur électrique où le courant circule entre deux points — le flash NAND est ainsi nommé d’après la porte logique NON-ET qu’il utilise. Une alimentation électrique permanente n’est pas nécessaire pour conserver les données dans les cellules flash. Lorsque l’alimentation est coupée, le FGT fournit des charges électriques aux cellules mémoire et les données restent intactes.
Bien qu’ils ne comportent aucune pièce mécanique susceptible de s’user, les SSD peuvent tout de même tomber en panne. La durée de vie se mesure notamment au nombre de cycles de programmation/effacement (P/E) qu’un disque peut effectuer avant de commencer à se dégrader et à tomber en panne. La plupart des SSD multicouches utilisent une technologie de nivellement de l’usure pour compenser le nombre limité de cycles P/E et prolonger leur durée de vie en les répartissant uniformément sur toutes les cellules NAND du disque.
Le flash multicouche : SLC, MLC, TLC, QLC et PLC
Les SSD conçus avec une mémoire flash NAND multicouche sont désignés par le nombre de couches qu’ils contiennent, c’est-à-dire le nombre de bits que chaque cellule peut stocker.
SLC : SSD à cellule à niveau unique
Les SSD à niveau unique stockent un bit par cellule et sont plus rapides que tous les disques SSD multicouches. Ils offrent également une meilleure endurance grâce à leur capacité à gérer davantage de cycles P/E que les SSD multicouches, entre 50 000 et 100 000. Ils sont plus chers que les SSD à cellule multiniveau et, en raison de leur endurance et de leur vitesse, sont souvent utilisés dans des applications d’entreprise où les données sont constamment actualisées plutôt qu’archivées.
MLC : SSD à cellule multiniveau
Les SSD multiniveaux peuvent stocker deux bits par cellule NAND et sont plus lents que les SLC, car la lecture et l’écriture de deux bits prennent plus de temps. Les SSD MLC peuvent produire quatre charges de tension — 00, 01, 10 et 11 — sur un transistor à grille flottante (FGT), en utilisant les mêmes fenêtres de tension que les puces SLC. En conséquence, ils doivent exécuter un algorithme chronophage lors du stockage des données. Cet algorithme rend les SSD MLC presque quatre fois plus lents en lecture et en écriture qu’un SSD à cellule à niveau unique. Leur durée de vie attendue est de 10 000 cycles P/E.
TLC : SSD à cellule à triple niveau
Les SSD à cellule à triple niveau peuvent contenir trois bits par cellule NAND et disposent de huit états de tension différents. Cela augmente la capacité de stockage tout en réduisant le coût d’un SSD. Les performances sont également plus rapides. En revanche, l’endurance diminue, avec une durée de vie attendue de seulement 3 000 cycles P/E pour les SSD TLC. Les puces NAND TLC sont utilisées dans de nombreux produits numériques grand public.
QLC : SSD à cellule à quadruple niveau
Les SSD à cellule à quadruple niveau contiennent quatre bits par cellule NAND, ce qui produit 16 états de tension possibles. Bien que les bits supplémentaires augmentent la capacité et réduisent le coût, cela se fait au détriment de l’endurance et de la fiabilité. Les SSD QLC ne peuvent supporter que 1 000 cycles P/E avant de devenir peu fiables.
PLC : SSD à cellule à pentaniveau
Les SSD à cellule à pentaniveau peuvent stocker cinq bits par cellule, produisant 32 états de tension différents. Le fait de concentrer autant de bits au même endroit complique la gestion par le contrôleur flash. La différence entre les 32 états de tension est si faible que les logiciels de correction d’erreurs deviennent une surcharge, ce qui réduit les performances. Les SSD PLC constituent donc une technologie récente qui n’est pas encore prête pour une utilisation généralisée. Les fabricants estiment pouvoir surmonter ces difficultés dans un délai de deux ans.
Avantages des SSD multicouches
Grâce à leur capacité accrue et à leur coût réduit, les disques SSD multicouches — en particulier les SSD MLC et TLC — offrent de nombreux avantages aux particuliers et aux entreprises par rapport aux disques durs. Voici quelques-uns des plus importants :
- Durabilité accrue — aucune pièce mobile susceptible de tomber en panne ou de produire de la chaleur
- Fonctionnement silencieux
- Consommation électrique réduite
- Résistance aux vibrations et aux chocs
- Temps de lecture plus courts et démarrage plus rapide
- Formats plus compacts — ils s’intègrent plus facilement aux ordinateurs portables ultrafins et aux appareils mobiles
Inconvénients des SSD multicouches
Bien que les SSD et le flash en général soient considérés comme des améliorations majeures dans le domaine des supports de stockage, cette technologie présente certains inconvénients par rapport aux HDD.
Coût
Même si certains utilisateurs peuvent estimer que les SSD justifient leur surcoût par rapport aux disques durs mécaniques, ils restent plus chers. Une analyse du marché réalisée à la mi-2023 a révélé que les SSD externes de 8 To se vendaient aux alentours de 539 dollars US, contre environ 160 dollars US pour les disques durs mécaniques de 8 To. L’écart de prix est plus réduit pour les disques de capacité inférieure : les HDD de 1 To se vendaient environ 45 dollars US et les SSD de 1 To plutôt autour de 80 dollars US. L’écart de prix se réduit au fil du temps.
Endurance et fiabilité
Les SSD offrent également une endurance et une fiabilité moindres au fil du temps, les cycles P/E diminuant à mesure que le nombre de couches et la capacité augmentent. La durée de vie se mesure de deux manières : en téraoctets écrits (TBW) et en écritures par jour du disque (DWPD). Le TBW indique combien de téraoctets de données peuvent être écrits pendant la durée de vie du SSD avant que celui-ci doive être remplacé, tandis que le DWPD est une mesure d’endurance qui indique aux utilisateurs combien de fois ils peuvent réécrire un nombre donné de gigaoctets par jour pendant un nombre donné d’années avant que le SSD ne devienne peu fiable.
Récupération des données
Dans certains cas, il est possible de récupérer les données de SSD endommagés ou corrompus, mais l’opération n’est ni aussi simple ni aussi directe qu’avec des HDD. Contrairement aux HDD, les SSD ne peuvent effacer que de gros blocs de données. Si un bloc n’est pas assez volumineux pour être effacé, le disque le déplace avant de l’effacer, ce qui ajoute des cycles d’écriture et réduit sa durée de vie. L’activation de la commande TRIM dans les systèmes d’exploitation compatibles permet d’indiquer au SSD que des blocs ne sont plus utilisés et peuvent être marqués pour suppression. Si cela prolonge la durée de vie, la récupération s’en trouve compromise. Une fois la commande TRIM exécutée, ces données ne peuvent plus être récupérées.
En savoir plus sur l’estimation de la durée de vie d’un SSD.
Cas d’usage des SSD multicouches
Les entreprises qui souhaitent sélectionner et acheter des SSD multicouches disposent d’un large éventail de choix. Les critères de sélection dépendront de l’utilisation prévue. La fiabilité et la vitesse sont-elles essentielles ? Les SSD seront-ils utilisés pour des opérations intensives de lecture/écriture ou simplement pour du stockage à long terme ? Voici les cas d’usage les plus courants en entreprise pour vous aider à faire votre choix.
Opérations d’écriture intensives
Le taux d’endurance élevé de 100 000 cycles P/E, les performances et la fiabilité des SSD à cellule à niveau unique les rendent particulièrement adaptés aux applications d’entreprise nécessitant des opérations d’écriture intensives. Bien que les SSD SLC soient plus chers, leurs performances et leur fiabilité justifient cet investissement.
Serveurs de données d’entreprise
Le prix, les performances et l’endurance de 10 000 cycles P/E des SSD MLC et des SSD à cellule à triple niveau en font les deux types les plus populaires pour les serveurs d’entreprise. De nombreuses entreprises utilisent un mélange des deux, en associant des TLC à des MLC pour répondre aux exigences de DWPD des opérations à forte intensité d’écriture.
Opérations à forte dominante de lecture
Les SSD à cellule à quadruple niveau sont particulièrement adaptés aux opérations intensives à forte dominante de lecture impliquant l’analytique des données, les bases de données NoSQL et l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique (IA/ML). Ils conviennent également à la diffusion en continu de médias et aux réseaux de distribution de contenus.
Archives de données et stockage à long terme
Bien que les SSD à cellule à pentaniveau ne soient pas actuellement disponibles sur le marché, les fabricants travaillent à résoudre les problèmes de tension, d’erreurs et de durabilité. Ils devraient être idéalement configurés pour les applications d’archivage et de stockage à long terme qui ne dépendent pas de fréquences ou de vitesses d’écriture élevées.
En résumé : ce qu’il faut savoir sur les SSD multicouches
Reposant sur des puces flash NAND capables de stocker plusieurs bits par cellule, les disques SSD multicouches surpassent les disques durs traditionnels sur presque tous les indicateurs de performance, ce qui les rend attrayants pour les usages en entreprise exigeant la vitesse et la durabilité qu’ils offrent. Mais la technologie est encore jeune et, tant que les fabricants n’auront pas continué à en corriger les défauts, elle présentera des limites — notamment une durée de vie plus courte et des coûts plus élevés — non seulement par rapport aux HDD, mais aussi par rapport aux SSD à cellule à niveau unique. Selon le cas d’usage, la plupart des entreprises trouveront dès aujourd’hui un SSD multicouche adapté à leurs besoins et pourront continuer à en bénéficier à mesure que la technologie arrivera à maturité.
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