Les disques SSD (Solid State Drives) offrent un accès plus rapide aux données grâce à leur important parallélisme interne. Ils présentent de nombreux avantages, comme une vitesse de démarrage supérieure, une meilleure efficacité énergétique, une résistance accrue et un format compact. Ils sont également plus durables que les autres solutions de stockage.
Cependant, les SSD ont aussi leurs limites. Ils stockent les données électroniquement au moyen d’une mémoire flash. Les cellules s’usent avec le temps et deviennent moins efficaces, ce qui affecte la durée de vie utile du disque.
- Quelle est la durée de vie d’un SSD ?
- Quels facteurs affectent la durée de vie d’un SSD ?
- Comment mesure-t-on l’endurance des SSD et de la mémoire flash ?
- Comment estimer la durée de vie de votre SSD
- Bonnes pratiques pour entretenir un SSD
- Les SSD sont-ils plus fiables que les HDD ?
- En résumé : durée de vie des SSD
Quelle est la durée de vie d’un SSD ?
Les SSD utilisent une mémoire flash pour stocker les données. À l’aide de puces flash NAND, semblables à celles utilisées dans les cartes mémoire ou les clés USB, ils lisent et écrivent les données électroniquement. Ils s’appuient sur des circuits intégrés pour le stockage des données et sont constitués d’une grille de transistors qui stocke les données selon un système de codage binaire.
Le SSD s’appuie sur un circuit intégré pour stocker les données. Il comprend un contrôleur électronique et une série de puces NAND. Ces puces n’ont pas besoin d’une alimentation électrique pour fonctionner. Elles sont plutôt constituées d’une grille de transistors qui stocke les données selon un système de codage binaire.
Le système de codage binaire possède deux états : 0 et 1. Lorsque du courant circule dans les transistors, leur état est 1. En l’absence de courant, la valeur reste 0. Initialement, les transistors sont à l’état 1. Lorsqu’un fichier est écrit ou qu’une opération d’enregistrement est effectuée, certains transistors sont bloqués et leur valeur devient 0.
Même s’ils sont bien plus rapides que les disques durs mécaniques, les SSD disposent d’une mémoire non volatile. Ils deviennent donc moins fiables avec le temps, car les transistors s’usent et perdent leur capacité à conserver une charge. À mesure qu’ils sont utilisés, ces disques deviennent moins fiables. Par défaut, les SSD ont une durée de vie limitée.
À chaque opération d’écriture, le SSD devient moins efficace. En effet, pour écraser des données, il faut d’abord effacer les données existantes. Pour cela, les puces NAND nécessitent une tension afin de faire passer des électrons à travers l’isolant.
Avec la répétition des cycles d’écriture et d’effacement, l’isolant s’use. Les cellules flash ne peuvent donc pas être programmées et effacées indéfiniment. Ainsi, la conception NAND et l’utilisation du SSD déterminent sa durée de vie.
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Quels facteurs affectent la durée de vie d’un SSD ?
Trois facteurs principaux permettent de déterminer la fiabilité d’un SSD : son âge, le nombre total de téraoctets écrits au fil du temps (TBW) et le nombre d’écritures du disque par jour (DWPD).
L’âge du SSD
L’âge du SSD détermine ses performances et sa longévité. Même si les fabricants affirment qu’ils peuvent durer dix ans, la durée de vie moyenne d’un SSD est inférieure à dix ans. Elle dépend avant tout de l’utilisation.
Selon le rapport de Google et de l’Université de Toronto, les défaillances des disques augmentent avec l’âge du SSD. Cependant, ils ont dû être remplacés 25 % moins souvent que les disques durs.
Nombre total de téraoctets écrits au fil du temps
Dans le secteur informatique, la durée de vie d’un SSD s’exprime en TBW. La durée de service d’un SSD est généralement de 256 TBW. Il s’agit de la période de garantie de base, au terme de laquelle les cellules mémoire commencent à se dégrader.
Les risques de défaillance du disque et de perte de données augmentent une fois la valeur TBW dépassée. Il est donc recommandé de remplacer le disque lorsque le TBW attribué a été atteint.
Nombre d’écritures du disque par jour
Les SSD ont également une valeur DWPD, qui correspond à la quantité de données pouvant être écrite chaque jour pendant la durée de garantie du SSD. Elle se mesure en gigaoctets. Plus la valeur DWPD est élevée, plus l’endurance du SSD est importante. Lors de l’achat d’un SSD, vous pouvez donc tenir compte du DWPD pour bénéficier d’une meilleure capacité et de meilleures performances.
Comment mesure-t-on l’endurance des SSD et de la mémoire flash ?
L’endurance des SSD à mémoire flash NAND s’exprime en cycles d’écriture. Leur nombre de cycles d’écriture est limité ; au-delà, la couche d’oxyde des cellules de mémoire flash commence à se dégrader. Cela affecte les performances du SSD.
Le taux d’endurance est également appelé cycle de programmation/effacement, ou cycle P/E. Lorsqu’une nouvelle donnée est stockée sur le SSD, un bloc de données existant doit être effacé électriquement. Malheureusement, la répétition des cycles P/E détériore la couche d’oxyde des cellules de mémoire flash NAND. Ces cellules finissent donc par s’user, ce qui affecte leur capacité à stocker les données.
Un autre phénomène indésirable qui affecte les performances des SSD est l’amplification d’écriture. Lors de l’écriture de données sur le disque de stockage, la quantité réelle écrite est multipliée. Cela augmente le nombre d’écritures et réduit donc la durée de fonctionnement fiable du SSD, compromettant sa stabilité. Parmi les facteurs qui influent sur l’amplification d’écriture figurent le nettoyage des données, le surprovisionnement, les métadonnées, les structures de journaux et la déduplication.
Vous constaterez des différences importantes d’endurance de la mémoire flash entre les architectures à cellule à un niveau (SLC), à cellule multiniveau (MLC) et à cellule à trois niveaux (TLC) :
- La mémoire flash NAND SLC peut supporter environ 50 000 à 1 00 000 cycles d’écriture.
- La mémoire flash NAND MLC peut supporter jusqu’à 3 000 cycles d’écriture. La version eMLC ou MLC pour entreprises prend en charge environ 10 000 cycles d’écriture.
- La mémoire flash NAND TLC offre une faible endurance et peut supporter environ 300 à 1 000 cycles d’écriture.
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Comment estimer la durée de vie de votre SSD
La durée de vie d’un SSD dépend principalement du TBW et du DWPD. Voici comment estimer la durée de vie de votre SSD :
TBW
Le TBW mesure la quantité de données que le disque peut écrire au cours de sa durée de vie. Par exemple, si un SSD possède une valeur nominale de 300 TBW, le disque peut écrire 300 To de données avant de devoir être remplacé.
La série Samsung 85 Pro comprend des SSD d’une capacité de 128 Go, 256 Go, 512 Go, 1 To, 2 To et 4 To. Elle est équipée de mémoire 3D V-NAND et bénéficie d’une garantie de dix ans.
Le TBW maximal d’un SSD de 25 Go est de 150. Pour les SSD de 512 Go et de 1 To, le TBW maximal est de 300. Le disque de 2 To offre une capacité de 450 TBW, tandis que celui de 4 To atteint 600 TBW.
DWPD
Le DWPD mesure le nombre de fois où vous pouvez réécrire l’intégralité du SSD chaque jour au cours de sa durée de vie. Par exemple, prenons un SSD de 200 Go avec un DWPD de 1 et une période de garantie de cinq ans. Cela signifie que vous pouvez réécrire 200 Go par jour pendant cinq ans sans risque de défaillance.
À partir de ces données, vous pouvez également calculer le TBW. Comme vous pouvez écrire 200 Go pendant 365 jours sur cinq ans, le TBW total sera de :
200*365*5 = 365 000 Go, soit 365 To d’écritures
De même, si le DPWD est de 2 et que les autres facteurs restent identiques, c’est-à-dire une capacité de SSD de 200 Go et une période de garantie de cinq ans, vous pouvez estimer le TBW comme suit :
2*200*365*5 = 730 000 Go, soit 730 To d’écritures
Calcul
Pour calculer la durée de vie du SSD, vous pouvez utiliser la formule suivante :
(Cycles d’écriture * Capacité) / (Facteur SSD * Données écrites par an)
Prenons un SSD Samsung 850 PRO TLC d’une capacité de 1 To.
Ensuite,
Cycles d’écriture = 3 000
Capacité = 1 To, soit 1 000 Go
Facteur SSD : quantité réelle de données / quantité effective de données écrites = 5 (valeur retenue)
Quantité de données écrites sur le disque par an = 1 500 à 2 000 Go (estimation)
La formule devient donc :
(3,000 * 1,000)/(5 * 1,750)
= 342 ans
Il n’est pas possible de garantir que le disque restera fiable pendant 342 ans. Cependant, selon ces hypothèses, la couche d’oxyde du SSD durera aussi longtemps.
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Temps moyen entre deux pannes
Le temps moyen entre deux pannes (MTBF) est couramment utilisé pour les HDD afin d’en mesurer les performances. Cependant, il n’est pas pertinent dans le cas des SSD. Le MTBF repose sur des échantillons de petite taille et constitue une évaluation statistique. Il définit le temps moyen entre les défaillances d’un système. Ainsi, plus la valeur du MTBF est élevée, plus l’équipement est fiable.
Pour un HDD, le MTBF est d’environ 500 000 heures, soit près de 57 ans. Le MTBF moyen des SSD est annoncé à 2,5 millions d’heures. Cette donnée est moins utile, car elle ne repose sur aucun élément probant significatif.
Ainsi, pour calculer la durée de vie d’un SSD, le TBW et le DWPD fournissent des résultats plus pratiques.
Bonnes pratiques pour entretenir un SSD
Même s’ils sont assez durables, les SSD peuvent présenter plus d’erreurs que les HDD en moins de temps. Pour améliorer la fiabilité et la durée de vie de ces disques, les fabricants ont mis au point des technologies avancées telles que :
Nivellement de l’usure
Cette méthode permet de répartir uniformément les cycles de programmation/effacement sur l’ensemble des blocs mémoire du SSD. Il existe deux types de nivellement de l’usure : dynamique et statique.
L’algorithme de nivellement dynamique de l’usure veille à répartir uniformément les cycles de programmation et d’effacement des données sur les blocs de mémoire flash NAND. L’algorithme dynamique s’exécute chaque fois que des données sont écrites dans la mémoire flash. À l’aide d’une table de correspondance, les LBA (adresses de blocs logiques) du système d’exploitation sont reliées à la mémoire flash physique. Lorsque le système doit réécrire des données, un nouveau bloc est associé. Cela permet aux SSD de durer plus longtemps.
Dans le cas du nivellement statique de l’usure, le système d’exploitation relie également les LBA à la mémoire physique au moyen d’une table de correspondance. Dans ce cas, les blocs inchangés sont déplacés et remplacés par des blocs écrits.
Code de correction d’erreur (ECC)
Grâce au code de correction d’erreur, le logiciel peut détecter et corriger les erreurs de bits. Ces erreurs sont courantes dans la mémoire flash NAND. Les données peuvent être corrompues en conséquence. L’ECC peut également corriger les erreurs de bits causées par l’usure des cellules mémoire. Il peut ainsi prolonger la durée de vie des blocs mémoire et augmenter celle du SSD.
Gestion des blocs défectueux
Cette méthode permet de détecter les blocs défectueux et empêche le système d’y écrire des données. La mémoire flash NAND comporte des blocs défectueux précoces et tardifs. Les premiers sont inévitables, car ils sont créés pendant le processus de fabrication. Les seconds apparaissent en raison de la répétition des cycles P/E.
La gestion des blocs défectueux utilise la méthode du saut de bloc, qui permet au contrôleur de passer au bloc valide suivant lorsqu’il rencontre un bloc défectueux. Avec la méthode des blocs de réserve, le bloc défectueux est remplacé par un bloc valide réservé. La gestion des blocs défectueux prolonge ainsi la durée de vie et la fiabilité des SSD.
TRIM
La commande TRIM efface les pages et les blocs supprimés afin de prolonger la durée de vie du SSD et d’améliorer ses performances. Elle aide à effacer les blocs de données qui ne sont plus utilisés. Le stockage peut ainsi être géré efficacement, car elle demande au contrôleur de supprimer les pages de données invalides.
Les SSD sont-ils plus fiables que les HDD ?
Les SSD sont plus rapides, plus compacts et plus durables. Ils consomment également moins d’énergie et peuvent accélérer les performances. Ils sont davantage utilisés dans les environnements d’entreprise. Les HDD présentent un risque croissant de défaillance mécanique et sont plus sensibles aux dommages.
Cependant, les HDD sont plus abordables et, même en cas de dommage, les données peuvent être facilement récupérées. Les HDD sont à privilégier si vous souhaitez stocker de grandes quantités de données sans avoir besoin d’y accéder fréquemment. Si vous recherchez une expérience informatique plus rapide, les SDD seront plus adaptés. En matière de performances, les SSD sont donc plus fiables.
En résumé : durée de vie des SSD
Il n’existe pas de solution de stockage parfaite, et il est toujours conseillé de sauvegarder régulièrement vos données afin d’éviter toute perte importante. De plus, les SSD offrent une meilleure durée de vie que les autres dispositifs, mais celle-ci dépend également de la manière dont vous les utilisez. Prenez donc grand soin de votre SSD pour le faire durer plus longtemps.
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