Augmenter la vitesse d'un ordinateur
avec un solid state disk
SSD
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Les Solid State Disks sont appellés à la rescousse pour rendre un système plus rapide (ce qu'ils n'arrivent généralement pas à faire). Mais à quoi sont-ils donc bons?
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Solid State Disk


Le SSD est détecté par Linux
(se basant sur la vitesse de rotation fournie par le disque)
Il y a quelques années (septembre 2008) les mémoires SSD coutaient environ 100€ pour une capacité de 32GB. Une année plus tard, la capacité a doublé. Fin 2011, j'ai payé 150€ pour un SSD de Intel d'une capacité de 120GB.

La consommation de ces disques est d'environ 1W et ils fonctionnent généralement plus rapidement que les disques classiques qu'ils remplacent. Ton ordinateur est super-rapide (du moins juste après l'installation). La capacité est limitée, mais le but de ces disques durs n'est pas de servir d'archivage (on ajoute un disque classique pour les stockage de données qui ne sont pas souvent accédées).

La capacité moindre n'est pas importante pour une application technique (commande de machines). La moindre consommation est interessante pour les applications portables (notebook, netbook, etc), bien que ce soit l'écran qui est le plus gros consommateur. La faible consommation est interessante pour différents types de serveurs qui fonctionnent en continu (ces serveurs coupent l'écran quand il n'y a pas d'utilisateur)

On trouve les SSD au format 2.5 inch (le format utilisé par les portables), souvent avec un interface SATA (et même SATA II et SATA III). On trouve encore quelques disques SSD avec connecteur IDE: ce sont généralement des exemplaires fabriqués au début de la période des SSD (pas de crainte: ils ne s'usent que quand on les emploie).


Des modules de Samsung
La plupart des modules de mémoire (il s'agit de mémoire flash) proviennent de Samsung. La seule différence entre les différentes marques est le controller et le firmware. C'est le firmware qui traduit les instructions de lecture et d'écriture en opérations élémentaires au niveau des cellules de mémoire. C'est le firmware qui fait en sorte que le disque s'use de façon uniforme (wear levelling) en répartissant les opérations d'écriture sur tous les modules.

Des composants supplémentaires (présent uniquement sur le haut de gamme) comme une mémoire-tampon permet de libérer l'interface plus rapidement en écriture, pendant que l'opération se poursuit en arrière plan.

Cette technologie est également utilisé par ReadyBoost de Vista (sous forme de clef USB), mais l'ordinateur n'en devient pas plus rapide pour autant: seulement un tout petit peu moins lent.

Les SSD sont spécialement rapides quand le système d'exploitation utilise au maximum les possibilités du système. Linux (à partir de la version 2.6) et les versions qui en découlent (comme Ubuntu) utilisent à fond les avantages des SSD.

Il est possible de rendre le système encore plus rapide en modifiant certains paramètres de Linux, mais il est fort probable qu'une nouvelle version de Linux fera l'optimalisation automatique. Chez Microsoft, il n'y a que Windows 7 qui soit au courant de l'existence des SSD.

C'est évidemment Linux qui travaille incroyablement vite avec un SSD. La raison est que le système d'exploitation enregistre moins de données sur le disque à chaque démarrage ou à chaque lancement de programme (fichiers logs qui personne ne lit, modifications continuelles du régistre, etc). Au bout de quelques mois d'utilisation, le nombre de fichiers-système a doublé, et ces fichiers ne sont pas nécessaires, puisque Windows fonctionnait bien (et plus rapidement) sans ces fichiers. Le point faible des SSD est en effet la vitesse d'écriture plus limitée.

Valable pour tous les systèmes d'exploitation?

On me demande souvent si un SSD peut remplacer tous les disques durs: la réponse est oui. En effet, un disque SSD se comporte comme un disque classique. J'ai plusieurs ordinateurs qui tournent sous windows 98 et windows 2000, et ils utilisent tous deux des disques SSD (avec interface PATA, le seul que ces systèmes d'exploitation reconnaissent).

Quelle capacité choisir?

Un des plus grands fabricants de disques SSD est Intel qui utilise des propres modules de mémoire. La plupart des autres fabricants uitlisent de la mémoire de Samsung.

En ce qui concerne la capacité, il faut choisir le disque qui a la plus grande capacité possible. Dans une technologie donnée (par exemple Intel 320, Intel 510, Intel 520,...) les disques de capacité plus élevée sont également plus rapides. Les opérations peuvent être distribuées sur plus de modules qui travaillent simultanément. Une capacité plus élevée est également meilleure pour la fiabilité car les opérations d'écritures sont distribuées sur plusieurs modules.

Ne pas trop remplir un disque SSD, car cela limite le nombre de modules disponibles pour niveller le niveau d'usure. Si la capacité utilisée est de 90%, les opérations d'écriture doivent se faire sur les 10% restants.

Fiabilité

La technologie SSD est bien trop récente pour pouvoir déterminer la fiabilité dans des conditions d'usage normal.

Il est un fait que la technologie des SSD est intrinsèquement plus fiable, ne contenant pas de pièces en mouvement. Les plateaux d'un disque dur classique sont actuellement fabriqués en verre, ce qui rend les disques relativements sensibles aux chocs, même à l'arrêt. De plus, les conditions d'erreur sur SSD se produisent généralement en phase d'écriture, et le module contient de la capacité en réserve pour faire face à de telles conditions.


Les disques SSD de OCZ sont parmi les moins fiables, avec un taux de panne de 3% (chiffres de 2010)
D'un autre coté, le stockage magnétique est plus fiable que le stockage électrostatique. Une bande VHS de 30 ans d'age peut encore être reproduite (pour autant que la bande elle même ne soit pas abimée par un usage trop intensif). Les mémoires SSD qui utilisent la technologie flash stockent les données sous forme de charges électriques dans un petit condensateur isolé. Cette charge a tendance à s'échapper à la longue, car les isolants parfaits n'existent pas. Les rayons ionisants peuvent effacer une mémoire flash. Il y a toujours un petit rayonnement cosmique, même au niveau de la mer.

Les premiers tests ont démontré que les disques SSD sont au moins aussi fiables que les disques durs classiques. La fiabilité dépend en grande partie du nombre de cycles d'écriture: la fiabilité diminue avec le nombre d'opérations d'écriture.

A chaque cycle d'écriture il y a des cellules élémentaires qui tombent en panne. Déjà à la sortie de l'usine le module contient des cellules défectueuses. Ces cellules défectueuses ne produisent pas une perte de données, car la condition d'erreur est détectée au moment de l'écriture et un autre bloc de mémoire est alors utilisé. Un SSD de 64GB est vendu avec une capacité effective de 60GB, les 4GB servant de réserve.

Les disques SSD donnent un signal d'erreur SMART dès que 90% de la capacité de réserve est utilisée (mais évidemment windows n'est pas en mesure de détecter cette condition). Le disque passe en mode "read only" quand il n'y a plus de capacité de réserve. Il est temps de copier le contenu vers une nouvelle mémoire!

Mémoire-tampon

Les disques SSD ont une mémoire-tampon qui est nécessaire pour le bon fonctionnement du disque (voyez la page sur le fonctionnement interne du disque SSD). Une partie de cette mémoire est utilisée en écriture pour stocker temporairement les données à écrire (et ainsi augmenter la vitesse de transfert pour l'écriture de petits fichiers). Cette mémoire-tampon permet d'éviter le phénomène néfaste du “write amplification” (causé par le mode de fonctionnement très spécifique des mémoires flash). Le facteur d'amplification indique qu'un ordre d'écriture unique de 4kB (au niveau de l'interface avec l'ordinateur) se traduit par plusieurs opérations d'écriture au niveau des modules.

Les SSD utilisent de la mémoire vive comme mémoire tampon. La mémoire vive est extrèmement rapide et sert donc à stocker une partie du flux de données. La mémoire vive perd son contenu quand le courant est coupé.

Une coupure de courant normale n'a pas d'effets néfastes car le disque SSD est averti par le système d'exploitation. Le système d'exploitation attend un signal en retour signalant que le disque SSD a terminé son travail. Ce n'est qu'alors que le courant est effectivement coupé.

En cas de coupure de courant non prévue, le disque se trouve dans une condition anormale: certaines données qui se trouvaient en mémoire vive sont perdues à jamais, mais de plus la structure interne du disque est indéterminée. Cette structure est souvent reconstruite automatiquement quand le disque est remis sous tension, mais des données sont perdues, souvent plus que ce qui était dans la mémoire-tampon.

Les meilleurs disques durs (ceux de Intel en particulier) disposent d'une série de gros condensateurs qui prennent le relais en cas de coupure inopinée du courant. Le contenu de la mémoire vive est ainsi placée dans la mémoire flash. Les condensateurs sont les blocs jaunes sur l'image.

Plus il y a de mémoire tampon et plus le disque peut faire face a de nombreuses opérations d'écriture simultanées, mais plus il faut de gros condensateurs.

C'est étrange que le SSD Intel 520 (qui se positionne dans le haut du marché) ne dispose plus de condenstateurs de sauvegarde. Ce n'est pas la première fois que le système d'exploitation d'un ordinateur refuse de démarrer après une coupure inopinée du courant: certains fichiers du système d'exploitation sont perdus.

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