L'étude de l'histoire des disques est le début d'un voyage vers la compréhension des principes de fonctionnement des disques SSD. La première partie de notre série d'articles « Introduction aux SSD » vous emmènera dans un voyage à travers l'histoire et vous permettra de comprendre visuellement la différence entre un SSD et son principal concurrent, le HDD.
Malgré la multitude d'appareils de stockage de données, la popularité des HDD et des SSD est indiscutable de nos jours. La différence entre ces deux types de stockages est évidente pour le grand public : le SSD est plus cher et plus rapide, tandis que le HDD est moins cher et plus volumineux.
Une attention particulière doit être portée à l'unité de mesure de la capacité des disques : historiquement, les préfixes décimaux comme kilo- et méga- en informatique ont désigné à la fois la puissance dix et la puissance vingt de deux. Pour éviter toute confusion, des préfixes binaires comme kibi- et mebi- ont été introduits. La différence entre ces préfixes devient visible avec l'augmentation du volume : en achetant un disque de 240 gigaoctets, vous pouvez y stocker 223,5 gibioctets d'informations.
Plongée dans l'histoire
Le développement du premier disque dur a débuté en 1952 par la société IBM. Le 14 septembre 1956, le résultat final de ces développements a été annoncé — IBM 350 Model 1. Ce dispositif pouvait contenir 3,75 mébibytes de données avec des dimensions plutôt imposantes : 172 cm de hauteur, 152 cm de long et 74 cm de large. À l'intérieur, il y avait 50 disques fins recouverts de fer pur, d'un diamètre de 610 mm (24 pouces). Le temps moyen d'accès aux données sur le disque était d'environ 600 ms.
Le temps a passé, et IBM a continué d'améliorer la technologie. En 1961, a été présenté d'une capacité de 18,75 mégaoctets, avec des têtes de lecture sur chaque plateau. Dans l' , des cartouches de disque amovibles ont été introduites, et à partir de 1970, le système de détection et de correction d'erreurs a été implémenté dans l'IBM 3330. Trois ans plus tard, est apparu , connu sous le nom de « Winchester ».
Winchester (de l'anglais Winchester rifle) est le nom générique donné aux fusils et carabines fabriqués par la Winchester Repeating Arms Company aux États-Unis dans la seconde moitié du XIXe siècle. Ce furent l'un des premiers fusils à répétition, qui rencontrèrent un énorme succès auprès des acheteurs. Leur nom vient du fondateur de la société, Oliver Fisher Winchester.
L'IBM 3340 était constitué de deux spindles de 30 MiB chacun, ce qui a conduit les ingénieurs à appeler ce disque « 30-30 ».. Ce nom faisait penser au fusil Winchester Model 1894 avec des cartouches .30-30 Winchester, ce qui a conduit Kenneth Haughton, qui dirigeait le développement de l'IBM 3340, à dire « Si c'est un 30-30, alors cela doit être un Winchester. ». Depuis, on appelle « Winchester » non seulement les fusils, mais aussi les disques durs.
Trois ans plus tard, l'IBM 3350 « Madrid » a été lancé avec des plateaux de 14 pouces et un temps d'accès de 25 ms.
Le premier SSD a été créé par Dataram en 1976. Le Dataram BulkCore était composé d'un châssis avec huit barrettes de RAM de 256 Ko chacune. Comparé au premier disque dur, le BulkCore était minuscule : 50,8 cm de long, 48,26 cm de large et 40 cm de haut. Le temps d'accès aux données dans ce modèle n'était que de 750 ns, soit 30 000 fois plus rapide que le HDD le plus moderne de l'époque.
En 1978, la société Shugart Technology a été fondée, qui a changé son nom pour Seagate Technology un an plus tard afin d'éviter des conflits avec Shugart Associates. Deux ans après, Seagate a lancé le ST-506 — le premier disque dur pour ordinateurs personnels au format 5,25 pouces avec une capacité de 5 Mo.
Outre la création de Shugart Technology, 1978 a été marqué par la sortie du premier SSD Enterprise par StorageTek. Le StorageTek STC 4305 pouvait contenir 45 Mo de données. Ce SSD a été conçu comme un remplacement de l'IBM 2305, avait des dimensions similaires et coûtait la somme incroyable de 400 000 $.
En 1982, les SSD ont fait leur apparition sur le marché des ordinateurs personnels. La société Axlon a spécialement développé un disque SSD sur des puces RAM pour l'Apple II, nommé RAMDISK 320. Comme le stockage était basé sur une mémoire volatile, un accumulateur était fourni pour maintenir la sauvegarde des données. L'accumulateur offrait trois heures d'autonomie en cas de perte d'alimentation.
Un an plus tard, la société Rodime a sorti le premier disque dur RO352 de 10 Mo dans le format 3,5 pouces familier pour les utilisateurs modernes. Bien que ce soit le premier disque commercial dans ce format, Rodime n'a en fait rien d'innovant.
Le premier produit dans ce format est le lecteur de disquettes, présenté par les entreprises Tandon et Shugart Associates. De plus, les entreprises Seagate et MiniScribe se sont mises d'accord pour adopter la norme industrielle de 3,5 pouces, « laissant de côté » Rodime, qui a connu le destin d'un « troll de brevets » et une sortie complète de l'industrie des dispositifs de stockage.
En 1980, l'ingénieur de Toshiba, le professeur Fujio Masuoka, a déposé un brevet pour un nouveau type de mémoire, appelé mémoire Flash de type NOR. Le développement a duré 4 ans.
La mémoire NOR représente une matrice classique 2D de conducteurs, où une cellule est installée à chaque intersection de lignes et de colonnes (analogue à la mémoire sur noyaux magnétiques).
En 1984, le professeur Masuoka a présenté son invention lors de la conférence International Electronics Developers Meeting, où la société Intel a rapidement évalué le potentiel de ce développement. La société Toshiba, où travaillait le professeur Masuoka, ne considérait pas la mémoire Flash comme quelque chose de spécial, et a donc satisfait la demande d'Intel de créer quelques prototypes pour études.
L'intérêt manifesté par Intel pour le développement de Fujio a incité Toshiba à affecter cinq ingénieurs pour aider le professeur à résoudre le problème de la commercialisation de l'invention. Intel, quant à elle, a mobilisé trois cents employés pour créer sa propre version de la mémoire Flash.
Alors qu'Intel et Toshiba développaient des disques Flash, deux événements importants se sont produits en 1986. Tout d'abord, le SCSI a été officiellement standardisé - un ensemble de conventions pour l'interaction entre ordinateurs et périphériques. En second lieu, l'interface AT Attachment (ATA), connue sous le nom de marque Integrated Drive Electronics (IDE), a été développée, ce qui a permis au contrôleur de disque de se déplacer à l'intérieur du disque.
Pendant trois ans, Fujio Masuoka a travaillé à l'amélioration de la technologie de mémoire Flash et, en 1987, il a développé la mémoire NAND.
La mémoire NAND est la même que la mémoire NOR, organisée en un tableau tridimensionnel. La principale différence réside dans le fait que l'algorithme d'accès à chaque cellule est devenu plus complexe, la surface des cellules est devenue plus petite, et la capacité totale a considérablement augmenté.
Un an plus tard, Intel a développé sa propre mémoire Flash de type NOR, tandis que la société Digipro a créé un disque appelé Flashdisk basé sur celle-ci. La première version de Flashdisk, dans sa configuration maximale, contenait 16 MiB de données et coûtait moins de 500 $.
À la fin des années 80 et au début des années 90, les fabricants de disques durs rivalisaient pour réduire la taille des disques. En 1989, la société PrairieTek a lancé le disque PrairieTek 220 de 20 MiB au format 2,5 pouces. Deux ans plus tard, Integral Peripherals a créé le disque Integral Peripherals 1820 « Mustang » avec la même capacité, mais en 1,8 pouce. Un an plus tard, Hewlett-Packard a réduit la taille du disque à 1,3 pouce.
La société Seagate est restée fidèle aux disques au format 3,5 pouces et a misé sur l'augmentation de la vitesse de rotation, lançant en 1992 son célèbre modèle Barracuda, le premier disque dur avec une vitesse de rotation de 7200 tours par minute. Mais Seagate n'avait pas l'intention de s'arrêter là. En 1996, les disques de la série Seagate Cheetah ont atteint une vitesse de rotation de 10 000 tours par minute, et quatre ans plus tard, la modification X15 atteignait jusqu'à 15 000 tours par minute.
En 2000, l'interface ATA a commencé à être appelée PATA. La raison en était l'apparition de l'interface Serial ATA (SATA) avec des câbles plus compacts, support de la "remplacement à chaud" et augmentation de la vitesse de transmission des données. Seagate a ici également pris l'initiative en lançant le premier disque dur avec cette interface en 2002.
La production de la mémoire Flash était à l'origine très coûteuse, mais au début des années 2000, les prix ont chuté de manière significative. La société Transcend en a profité, lançant en 2003 des disques SSD allant de 16 à 512 Mo. Trois ans plus tard, les entreprises Samsung et SanDisk se sont mises à la production de masse. Cette même année, IBM a vendu sa division des disques à Hitachi.
Les disques SSD ont gagné en popularité, et un problème évident est apparu : l'interface SATA était plus lente que les SSD eux-mêmes. Pour résoudre ce problème, un groupe de travail appelé NVM Express Workgroup a commencé à développer NVMe — une spécification pour les protocoles d'accès aux SSD directement via le bus PCIe, contournant le "médiateur" qu'est le contrôleur SATA. Cela permettrait d'accéder aux données à la vitesse du bus PCIe. Deux ans plus tard, la première version de la spécification était prête, et un an plus tard, le premier disque NVMe est apparu.
Les différences entre les SSD modernes et les HDD
Au niveau physique, la différence entre les SSD et les HDD est immédiatement visible : les SSD n'ont pas d'éléments mécaniques, et les informations sont stockées dans des cellules de mémoire. L'absence d'éléments mobiles permet un accès rapide aux données dans n'importe quelle partie de la mémoire, cependant, il existe une limite au nombre de cycles de réécriture. En raison du nombre limité de cycles de réécriture pour chaque cellule de mémoire, il est nécessaire d'avoir un mécanisme d'équilibrage — l'égalisation de l'usure des cellules par le transfert de données entre elles. Cette tâche est effectuée par le contrôleur du disque.
Pour le bon fonctionnement de l'équilibrage, le contrôleur SSD doit savoir quelles cellules sont occupées et lesquelles sont libres. L'enregistrement des données dans une cellule peut être suivi par le contrôleur lui-même, ce qui n'est pas le cas pour la suppression. Comme on le sait, les systèmes d'exploitation (SE) ne suppriment pas les données d'un disque lorsque l'utilisateur efface un fichier, mais marquent simplement les zones de mémoire correspondantes comme libres. Cette solution évite d'attendre l'opération de disque lors de l'utilisation de HDD, mais elle ne convient absolument pas aux SSD. Le contrôleur d'un disque SSD fonctionne avec des octets, et non avec des systèmes de fichiers, et nécessite donc un signal distinct pour la suppression d'un fichier.
C'est alors qu'est apparue la commande TRIM, par laquelle le SE informe le contrôleur SSD sur la libération d'une certaine zone de mémoire. La commande TRIM efface de manière irréversible les données du disque. Toutes les systèmes d'exploitation ne savent pas qu'il est nécessaire d'envoyer cette commande aux disques à état solide, et les contrôleurs RAID matériels en mode matrice de disques n'envoient jamais la commande TRIM aux disques.
À suivre...
Dans les prochaines sections, nous parlerons des facteurs de forme, des interfaces de connexion et de l'organisation interne des disques à état solide.
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Seuls les utilisateurs enregistrés peuvent participer au sondage. , s'il vous plaît.
Pensez-vous que le SSD pourra remplacer le HDD ?
71.2%Oui, l'avenir est aux SSD396
7.5%Non, l'ère des HDD magnéto-optiques est encore devant nous42
21.2%Une solution hybride HDD + SSD l'emportera118
556 utilisateurs ont voté. 72 utilisateurs se sont abstenus.
Source : habr.com
