Qu’est-ce que le SSD d’un ordinateur, à quoi sert-il ?

Les disques durs, ou plutôt les disques à l’état solide ou SSD, sont là pour rester. Presque tous ceux qui achètent un nouvel ordinateur y trouveront un SSD. Mais qu’est-ce qu’un SSD et comment fonctionne-t-il ? Dans cet article, nous allons parler en détail de cet élément électronique et de ce qui le différencie des disques durs HDD bien connus.

Depuis quelques années, nous avons eu la chance de vivre des changements majeurs dans les composants nos ordinateurs. Il y a d’abord eu les processeurs multicœurs et leur architecture. Les ordinateurs sont ainsi devenus de plus en plus rapides, les cartes graphiques et la mémoire RAM ont été améliorées. Mais il y avait encore un énorme goulot d’étranglement dans notre ordinateur, à savoir le disque dur. Alors que l’ordinateur est rempli de circuits intégrés, il y a toujours un élément mécanique à l’intérieur.

Il ne servait à rien d’avoir un processeur extrêmement rapide si l’accès au contenu des données était vraiment lent. Pour cette raison et pour d’autres, l’industrie du stockage numérique s’est mise au travail et a fait baisser le coût de création de ce nouveau type de disque. La capacité de stockage des données et la fiabilité du stockage ont diminué au fur et à mesure que le coût diminuait.

Aujourd’hui, cet élément est pratiquement normalisé et commun à tous les nouveaux équipements. Et à un prix relativement abordable. Si vous voulez un ordinateur rapide, vous devriez en avoir un pour votre système d’exploitation. Voyons donc ce que sont les disques SSD.

Qu’est-ce qu’un SSD ?

Le lecteur à état solide ou SSD (solid state drive) est un dispositif de stockage de données qui repose sur l’utilisation d’une mémoire non volatile ou communément appelée mémoire flash. Il remplace les disques magnétiques des disques durs traditionnels.

Ces mémoires flash, qui succèdent aux anciennes EEPROM, permettent de lire et d’écrire plusieurs emplacements de mémoire en une seule opération, ce qui augmente la vitesse par rapport aux mémoires EEPROM, qui ne pouvaient lire qu’une cellule de mémoire à chaque opération.

L’utilisation de la mémoire flash implique l’utilisation de puces pour stocker la mémoire. En éliminant les pièces mobiles d’un disque dur normal, la vitesse d’accès et d’écriture d’un disque dur peut être considérablement augmentée.

En 2010, ces mémoires ont fait un nouveau bond en avant, ce qui a réellement entraîné la réduction des coûts de fabrication et donc leur accessibilité pour les utilisateurs. C’est l’utilisation de portes NAND pour fabriquer ces mémoires flash.

L’une des caractéristiques les plus frappantes d’une porte logique NAND (ET ou ET inversé) est qu’elle peut conserver les données qu’elle contient même lorsque l’alimentation électrique a été coupée.

Ces portes NAND sont fabriquées à l’aide de transistors à grille flottante, qui est un élément où sont stockés les bits. Dans le cas des mémoires RAM, ces transistors ont besoin d’une alimentation continue pour maintenir leur état, alors que ce n’est pas le cas dans les mémoires flash. Quand un transistor à grille flottante est chargé, il a un 0 à l’intérieur, et quand il est déchargé, il a un 1.

Ces mémoires sont organisées sous la forme d’une matrice, elle-même constituée d’une série de portes NAND consécutives. L’ensemble du tableau est appelé bloc et les lignes qui le composent sont appelées pages. Chacune de ces rangées a une capacité de stockage comprise entre 2 Ko et 16 Ko. Si chaque bloc comporte 256 pages, la capacité de stockage se situe entre 256 Ko et 4 Mo.

Différence entre SSD et RAM

Dans ce contexte, la première chose qui vient à l’esprit est la mémoire RAM. Comme nous le savons, ce type de mémoire est utilisé pour fournir des données et des programmes au processeur. Lorsqu’un ordinateur est éteint, la mémoire RAM est complètement vide, contrairement aux disques SSD.

La différence réside dans l’utilisation de portes NAND. Ces éléments logiques stockent le dernier état électrique en leur sein, et sont également maintenus même sans alimentation électrique.

Technologies de fabrication

Fondamentalement, il y a eu deux technologies de stockage pour la fabrication de ces dispositifs. On a commencé par expérimenter des unités basées sur la RAM. Ceux-ci avaient besoin d’un élément d’alimentation constant pour éviter la perte de données.

En raison de ces limitations, la technologie DRAM de ces unités a été abandonnée avec l’apparition des portes NAND à stockage non volatile. C’est ce qui est actuellement utilisé et il existe trois technologies de fabrication différentes :

SLC ou cellule à niveau unique

Cette méthode permet de stocker un bit de données par cellule de mémoire. Elle est construite sur des tranches de silicium individuelles, ce qui permet d’obtenir une puce de mémoire de stockage mince et à un seul niveau. Les avantages de ces puces sont une vitesse d’accès aux données plus rapide, une plus grande longévité et une consommation d’énergie plus faible. D’autre part, ils ont une capacité de mémoire plus faible, il sera donc nécessaire de construire un plus grand nombre de poils, ce qui augmente le coût de construction.

Leur fabrication est actuellement limitée aux environnements industriels et aux grappes de serveurs où la qualité du stockage doit être supérieure.

MLC ou Multi-Level Cell

Cette méthode de fabrication est tout le contraire de la précédente. Chaque puce mémoire est fabriquée en empilant des plaquettes de silicium pour former une seule puce à plusieurs niveaux. Ses avantages comprennent une plus grande capacité de stockage par puce – deux bits peuvent être stockés pour chaque cellule, pour un total de quatre états différents. Et aussi un coût de fabrication moins élevé.

Les inconvénients sont exactement l’inverse du cas précédent : un accès plus lent et des puces moins durables.

TLC ou cellule à triple niveau

Dans ce cas, le processus de fabrication parvient à mettre en œuvre 3 bits par cellule, ce qui permet de stocker jusqu’à 8 états. Le prix de fabrication est moins élevé et l’accès au contenu est moins efficace. Ce sont donc les unités les moins chères à acquérir, mais avec une durée de vie des cellules limitée à environ 1000 écritures.

Technologie TRIM

La durabilité des SSD est précisément une affaire inachevée. Les cellules de mémoire se dégradent à chaque écriture et effacement, ce qui entraîne une dégradation rapide des disques fortement utilisés, avec pour conséquence des défaillances de l’intégrité des fichiers et la perte de ceux-ci.

Le processus d’effacement des fichiers d’un SSD est assez complexe. Nous pouvons écrire du contenu au niveau de la ligne, mais nous ne pouvons effacer qu’au niveau du bloc. Cela implique que, si ce bloc contient des fichiers utiles en plus de ceux à effacer, ceux-ci seront également supprimés.

Pour éviter que les fichiers valides ne soient supprimés, vous devez prendre ces fichiers et les enregistrer dans une nouvelle ligne, puis supprimer le bloc et enfin réécrire les données valides là où elles se trouvaient auparavant. Ce processus a pour conséquence de dégrader davantage les cellules de mémoire en les obligeant à effectuer des écritures et des effacements supplémentaires.

En réponse à cela, des technologies telles que TRIM ont vu le jour. TRIM permet la communication entre le système d’exploitation et l’unité de stockage afin que ce soit le système lui-même qui indique au SSD quelles données effacer. Lorsque nous supprimons des données dans Windows, les données ne sont pas physiquement supprimées, mais acquièrent la propriété d’être inutilisées. Cela réduit la quantité d’écriture et d’effacement physique des cellules de mémoire. Microsoft a mis en œuvre cette technologie depuis Windows 7.

Composants physiques d’un SSD

En ce qui concerne les composants d’un SSD, il existe trois éléments essentiels :

• Contrôleur : il s’agit du processeur chargé d’administrer et de gérer les opérations effectuées sur les modules de mémoire NAND.

• Cache : également dans ce type d’unité, il y a un dispositif de mémoire DRAM pour accélérer le processus de transmission des données de l’unité vers la mémoire RAM et le processeur.

• Condensateur : Les condensateurs ont pour fonction de maintenir l’intégrité des données lors de coupures de courant soudaines. Si, en raison d’une panne de courant, des données sont en mouvement, les condensateurs permettent de stocker ces données pour éviter toute perte de données.

Technologies de connexion

SATA

Les SSD courants ont la même technologie de connexion que les disques durs normaux, c’est-à-dire qu’ils utilisent un port SATA 3 pour les connecter à la carte mère. Cela donne un taux de transfert de 600 Mo/s.

PCI-Express

Mais il existe une autre technologie de connexion et de communication encore plus rapide appelée NVMe. Avec cette méthode, les disques sont connectés directement aux emplacements d’extension PCI-Express de la carte mère. Il est ainsi possible d’atteindre des vitesses de transfert allant jusqu’à 2 Go/s en lecture et 1,5 Go/s en écriture.

Comme d’habitude, ces disques durs n’ont pas le format typique des boîtiers rectangulaires de 2,5 pouces, mais ressemblent à des cartes d’extension telles que des cartes de capture ou des cartes graphiques sans dissipateur thermique.

M.2

Il s’agit de la nouvelle norme de communication destinée à remplacer le type SATA à moyen ou à court terme. Il utilise les protocoles de communication SATA et NVMe. Ces lecteurs sont connectés directement à un port spécifique situé sur la carte mère. De cette façon, nous évitons d’occuper des emplacements PCI-E et nous aurons des ports spécifiques. Cette norme n’a pas la vitesse de PCI-E mais elle est bien supérieure à SATA et il existe déjà des disques disponibles chez tous les fabricants à des prix modérés.

Aspects à prendre en compte pour un SSD

Lors de l’achat d’un SSD, nous devons connaître ses avantages et ses inconvénients, et savoir si notre système est adapté.

Systèmes de fichiers

Comme nous l’avons vu, la gestion d’un SSD est assez différente de ce que nous avons vu pour les disques durs normaux. C’est pourquoi les systèmes de fichiers traditionnels ont dû mettre à jour leur structure de fonctionnement interne pour répondre aux besoins de ces lecteurs. Si ce n’était pas le cas, cela entraînerait une dégradation rapide des disques, ce qui réduirait considérablement leur durée de vie.

NTFS

Le système de fichiers de Windows en est un bon exemple. L’une des premières optimisations mises en œuvre, déjà depuis Windows Vista, consistait à aligner correctement la partition sur le système. Cela signifie que des opérations de lecture et d’écriture supplémentaires ont dû être effectuées, car l’organisation des secteurs est différente sur les disques mécaniques et les disques SSD.

Dans les versions ultérieures, depuis Windows 7, les systèmes mettent en œuvre des améliorations pour les SSD telles que la désactivation du défragmenteur de fichiers, le service Superfetch, ReadyBoost et l’introduction de la commande TRIM pour prolonger la durée de vie du SSD.

Avantages d’un SSD par rapport à un disque mécanique

• Lecture/Écriture : Augmentation significative des opérations de base par l’élimination des composants mécaniques. Sa caractéristique la plus appréciable et la plus significative.
• Ouverture des applications et des fichiers : il découle directement de ce qui précède que les applications et les fichiers s’ouvriront beaucoup plus rapidement et que le temps de démarrage de l’ordinateur diminuera considérablement.
• Défaillance et sécurité : le temps entre les défaillances est considérablement augmenté et la sécurité des transactions est renforcée par un meilleur nettoyage des données et l’absence de variation des performances lorsque le disque est plein ou vide. La suppression des fichiers est également plus sûre, car une fois supprimés physiquement, les fichiers sont totalement irrécupérables.
• Énergie : elle nécessitera moins de consommation d’énergie et de production de chaleur.
• Bruit : comme il n’y a pas d’éléments mécaniques, la production de bruit sera nulle.
• Poids et résistance : en réduisant les composants mécaniques et la taille, son poids est plus faible et sa résistance aux chocs est bien meilleure.

Inconvénients d’un SSD

• Durée de vie : les disques SSD ont généralement une durée de vie plus courte que les disques traditionnels. Ceci est relatif à l’intensité de l’utilisation et à la technologie de fabrication.
• Prix : le coût par Go est considérablement plus élevé que celui des disques traditionnels. Par conséquent, nous trouvons des disques de capacité beaucoup plus faible à des prix plus élevés.
• Capacité de stockage : il existe encore sur le marché des disques durs dont la capacité de stockage est inférieure à celle des disques mécaniques. Non pas en raison de limitations matérielles (il a été publié il y a quelque temps que Nimbus Data prévoyait de construire un SSD de 100 To), mais en raison de leur coût.
• Récupération des données : comme mentionné dans les avantages, les SSD suppriment définitivement les fichiers, ce qui constitue également un inconvénient si l’on veut récupérer les fichiers supprimés. Cependant, la technologie TRIM nous donne une chance à cet égard.
• Pannes critiques : alors que les disques mécaniques se dégradent petit à petit et que nous pouvons le remarquer, les SSD tombent en panne sans prévenir et cette erreur est totale et définitive. Nous allons donc très certainement perdre nos fichiers.
• Les tâches de maintenance : dans ce cas, ces tâches sont très néfastes pour un disque dur. Défragmenter un SSD n’a aucun sens, mais définir une partie de l’espace en mémoire virtuelle n’est pas non plus recommandé. Ce processus provoque encore plus d’usure.

Ceci conclut notre explication de ce qu’est un SSD et comment il fonctionne, avez-vous trouvé cet article utile ?