▷ Qu'est-ce que le SSD, comment ça marche et à quoi ça sert?

Les disques durs, ou mieux, les disques de stockage SSD ou SSD sont là pour rester. Presque tous les utilisateurs qui achètent de nouveaux équipements peuvent trouver à l'intérieur une unité de stockage de ce type. Mais qu'est-ce qu'un SSD et comment ça marche ? Dans cet article, nous parlerons en détail de cet élément électronique et de ce qui le différencie des disques durs HDD bien connus.

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Depuis quelques années, nous avons eu la chance de vivre de grands changements dans nos ordinateurs. Les premiers étaient les processeurs multicœurs et leur architecture. Cela a conduit à un équipement de plus en plus rapide, des cartes graphiques améliorées, de la RAM. Mais il y avait toujours un énorme goulot d'étranglement dans notre équipe et ce n'était autre que le disque dur. Avec tout l'ordinateur plein de circuits intégrés, nous avions encore un élément mécanique à l'intérieur.

Il serait donc inutile d'avoir un processeur extrêmement rapide si l'accès au contenu des données était vraiment lent. Pour cela et pour d'autres raisons, l'industrie du stockage numérique s'est mise au travail et a par conséquent réduit les coûts de création de ce nouveau type d'unités. À mesure que son coût diminuait, la capacité de stockage des données augmentait également.

De nos jours, nous avons déjà cet élément pratiquement standardisé et commun à tous les nouveaux équipements. Et à un prix relativement abordable. Si vous voulez un ordinateur rapide, vous devez en avoir un pour votre système d'exploitation. Voyons donc en quoi consistent ces disques SSD.

Qu'est-ce qu'un SSD

Le disque SSD ou SSD (Solid State Drive) est un périphérique de stockage de données basé sur l'utilisation d' une mémoire non volatile ou communément appelée mémoire flash. Remplaçant ainsi les disques magnétiques des disques durs traditionnels.

Ces mémoires flash, successeurs de l'ancienne EEPROM, permettent les opérations de lecture et d'écriture de plusieurs emplacements de mémoire dans la même opération, augmentant ainsi la vitesse par rapport aux mémoires EEPROM, qui ne pouvaient lire qu'une cellule mémoire à chaque opération.

L'utilisation de la mémoire flash implique l'utilisation de puces pour stocker la mémoire. En éliminant les parties mobiles d'un disque dur normal, nous augmenterons considérablement son accès et sa vitesse d'écriture.

En 2010, ces rapports ont fait un autre bond en avant, celui qui a réellement conduit à la baisse des coûts de fabrication et donc à leur accessibilité par les utilisateurs. Et 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 Y inversé) est qu'elle peut conserver des données à l'intérieur même lorsque l'alimentation est coupée.

Ces portes NAND sont réalisées à l'aide de transistors à grille flottante, qui est un élément où les bits sont stockés. Dans le cas des mémoires RAM, ces transistors ont besoin d'une alimentation continue pour maintenir leur état, et non dans les mémoires flash. Lorsqu'un transistor à grille flottante est chargé, il a un 0 à l'intérieur et lorsqu'il est déchargé, il a un 1.

Ces mémoires sont organisées sous forme de matrice, qui à son tour est formée par une série de portes NAND consécutives. Nous appelons le bloc de matrice complet et les lignes qui composent la matrice sont appelées pages. Chacune de ces lignes a une capacité de stockage comprise entre 2 Ko et 16 Ko. Si chaque bloc contient 256 pages, nous aurons une taille comprise entre 256 Ko et 4 Mo.

Différence entre SSD et RAM

Avec cela, la première chose qui vient à l'esprit est la mémoire RAM. Comme nous le savons, ce type de mémoire est utilisé pour fournir les données et les programmes au processeur. Lorsque nous éteignons un ordinateur, la mémoire RAM est complètement vide contrairement aux disques SSD.

La différence réside dans l'utilisation des portes NAND. Ces éléments logiques stockent le dernier état électrique à l'intérieur et restent également sans alimentation.

Technologies de fabrication

Fondamentalement, il existe deux technologies de stockage pour la fabrication de ces appareils. Il a commencé à expérimenter avec des disques RAM. Cela nécessitait un élément qui leur fournissait constamment de l'énergie afin de ne pas perdre les données.

En raison de ces limitations, la technologie DRAM dans ces unités a été abandonnée avec l'apparition de portes NAND avec stockage non volatile. C'est celle actuellement utilisée et il existe trois technologies de fabrication différentes:

SLC ou cellule de niveau individuel

En utilisant cette méthode, il est possible de stocker un bit de données pour chaque cellule de mémoire. Sa construction est faite de plaquettes de silicium individuelles avec lesquelles vous obtenez une puce de mémoire fine et un seul niveau de stockage. Ces puces présentent les avantages d'une vitesse d'accès aux données plus élevée, d'une plus grande longévité et d'une consommation d'énergie moindre. En revanche, ils ont une capacité mémoire inférieure, il sera donc nécessaire de construire un plus grand nombre de truies, augmentant ainsi leur coût de construction.

Sa fabrication est pour l'instant limitée aux environnements industriels et de cluster de serveurs où la qualité de stockage doit être supérieure.

Cellule MLC ou multi-niveaux

Cette méthode de fabrication est tout le contraire de la précédente. Chaque puce mémoire est fabriquée en empilant des tranches de silicium pour former une seule puce à plusieurs niveaux. Quant à ses avantages sont ceux d'une plus grande capacité de stockage par puce, il est possible de stocker deux bits pour chaque cellule, ce qui fait un total de 4 états différents. Et aussi un coût de fabrication moins cher.

Comme inconvénients, nous citons tout le contraire que dans le cas précédent: accès plus lent et puces avec moins de durabilité.

TLC ou cellule à trois niveaux

Dans ce cas, le processus de fabrication parvient à implémenter 3 bits pour chaque cellule, permettant de stocker jusqu'à 8 états. Le prix de fabrication est moins cher et l'accès au contenu moins efficace. Ce sont donc les unités les moins chères à acquérir, mais avec une durée de vie de cellule limitée à environ 1000 écritures.

Technologie TRIM

Un sujet en suspens dans les unités de stockage SSD est précisément leur durabilité. Les cellules de mémoire se dégradent pour chaque écriture et effacement qui y sont effectuées, ce qui entraîne une dégradation rapide des disques très utilisés, ce qui entraîne des défaillances d'intégrité des fichiers et la perte de fichiers.

Le processus de suppression de fichiers d'un SSD est assez complexe. Nous pouvons écrire du contenu au niveau de la ligne, mais nous ne pouvons le supprimer qu'au niveau du bloc. Cela implique que s'il y a des fichiers utiles dans ce bloc en plus de ceux qui doivent être supprimés, cela sera également supprimé.

Pour empêcher la suppression de fichiers valides, ces fichiers doivent être pris et enregistrés dans une nouvelle ligne, puis supprimez le bloc, puis réécrivez les données valides là où elles se trouvaient précédemment. La conséquence de tout ce processus est une dégradation supplémentaire des cellules de mémoire en ayant à faire des écritures et des suppressions supplémentaires.

En réponse à cela, des technologies telles que TRIM émergent. 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 les données qu'il doit effacer. Lorsque nous effaçons des données dans Windows, les données ne sont pas effacées physiquement, mais acquièrent plutôt la propriété de ne pas être utilisées. Cela permet de diminuer les processus d'écriture et d'effacement physique des cellules mémoire. De Microsoft, cette technologie est mise en œuvre depuis Windows 7.

Composants physiques d'un disque SSD

Concernant les composants d'un disque SSD, nous pouvons mentionner trois éléments critiques:

Contrôleur: est le processeur chargé d'administrer et de gérer les opérations effectuées sur les modules de mémoire NAND.

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

Condensateur: les condensateurs ont pour fonction de maintenir l'intégrité des données en cas de coupure de courant soudaine. S'il y a des données en mouvement à cause d'une coupure, grâce aux condensateurs il sera possible de stocker ces données pour éviter les pertes.

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. De cette façon, nous aurons un transfert de 600 Mo / s.

PCI-Express

Mais il existe une autre technologie de connexion et de communication encore plus rapide appelée NVMe. En utilisant cette méthode, les unités seront directement connectées aux emplacements d'extension PCI-Express de notre carte mère. De cette façon, il est 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 d'encapsulation rectangulaire typique de 2, 5 pouces, mais ressemblent à des cartes d'extension comme des capteurs 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 et court terme. Il utilise les protocoles de communication SATA et NVMe. Ces unités sont directement connectées 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 du PCI-E mais elle est beaucoup plus élevée que SATA et il existe déjà des disques de tous les fabricants à des prix modérés.

Aspects à considérer d'un SSD

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

Systèmes de fichiers

Comme nous l'avons vu, la gestion d'un disque SSD est très différente de celle que nous avons vue pour les disques durs normaux. C'est pourquoi les systèmes de fichiers traditionnels avaient besoin de mettre à jour leur structure de fonctionnement interne pour répondre aux besoins de ces disques. Si ce n'était pas le cas, cela entraînerait une dégradation rapide des unités raccourcissant considérablement leur durée de vie.

NTFS

Un exemple clair est le système de fichiers Windows. L'une des premières optimisations qui ont été mises en œuvre, car Windows Vista devait aligner correctement la partition sur le système. Cela a permis de réaliser des opérations de lecture et d'écriture supplémentaires, car l'organisation des secteurs est différente en unités mécaniques et SSD.

Dans les versions ultérieures de Windows 7, les systèmes implémentent 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 sur un disque mécanique

• Lecture / écriture: augmentation significative des opérations de base en éliminant les composants mécaniques. Sa caractéristique la plus appréciable et la plus significative. Ouverture des applications et des fichiers: directement à partir de ce qui précède, il s'ensuit que les applications et les fichiers s'ouvrent beaucoup plus rapidement et que le temps de démarrage de l'ordinateur diminue considérablement. Échecs et sécurité: Le temps entre les échecs augmente considérablement et la sécurité des transactions augmente en améliorant le nettoyage des données et il n'y a aucune variation de performance lorsque l'unité est pleine ou vide. La suppression de fichiers est également plus sûre, car une fois supprimés physiquement, les fichiers sont complètement irrécupérables. Énergie: elle nécessitera moins de consommation d'énergie et de production de chaleur. Bruit: puisqu'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, leur poids est moindre et la résistance aux chocs est bien meilleure.

Inconvénients d'un SSD

• Durée de vie utile: ces unités ont généralement une durée de vie inférieure à celle des disques traditionnels. Ceci est relatif à l'intensité d'utilisation qui leur est accordée et à la technologie de fabrication. Prix: Le coût par Go est considérablement plus élevé que les disques traditionnels. Nous trouvons donc des disques de capacité beaucoup plus petite à des prix plus élevés. Capacité de stockage: Les disques durs existent toujours sur le marché avec une capacité de stockage inférieure à celle des disques mécaniques. Non pas en raison de limitations matérielles (depuis quelque temps, il a été publié que Nimbus Data prévoyait de construire un SSD de 100 To) mais en raison de leur coût. Récupération de données: Comme discuté dans les avantages, les SSD suppriment les fichiers de manière permanente, et c'est également un inconvénient si nous voulons récupérer les fichiers supprimés. Malgré cela, la technologie TRIM nous offre une opportunité à cet égard. Défaillances catastrophiques: alors que les disques mécaniques se dégradent progressivement et nous pouvons le constater, les SSD échouent sans avertissement et cette erreur est totale et définitive. Nous allons donc perdre les fichiers presque complètement en toute sécurité. Tâches de maintenance: dans ce cas, ces tâches sont très dommageables pour un disque dur. La défragmentation d'un SSD n'a pas de sens, mais il n'est pas recommandé de configurer une partie de l'espace en mémoire virtuelle. Ce processus fait qu'il s'use encore plus.

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Avec cela, nous terminons notre explication sur ce qu'est un SSD et comment il fonctionne. Cela vous a-t-il été utile? Avez-vous des questions? ?