Evolution des supports de stockage, partie 4: disques SSD

Bonjour à tous! Ceci est la dernière partie de notre matériel sur l'évolution des supports de stockage. Et aujourd'hui, nous parlerons de la mémoire flash et des disques SSD - de leur passé, présent et futur.

La mémoire flash a été créée bien avant le premier lecteur flash. Fujio Masuoka, ingénieur chez Toshiba, est considéré comme le père de la mémoire flash, dont l'invention a été présentée lors de la conférence IEEE 1984 à San Francisco. Soit dit en passant, le nom «flash» a été inventé par le collègue de Masuoka, Shoji Ariizumi. Le processus de suppression des données d'une telle mémoire lui rappelait un flash (du flash anglais - flash).

Le fonctionnement de la mémoire flash est basé sur le changement et l'enregistrement d'une charge électrique dans une région isolée d'une structure semi-conductrice. Il existe plusieurs types de mémoire flash. Le premier produit commercial était une mémoire flash de type NOR, développée par Intel. C'est arrivé en 1988.

La conception NOR-flash utilise une matrice bidimensionnelle classique de conducteurs, dans laquelle une cellule est située à l'intersection des lignes et des colonnes. L'avantage de cette conception est qu'elle vous permet de lire instantanément l'état d'une cellule particulière, en appliquant une tension positive à la ligne et à la colonne correspondantes.

En 1989, Toshiba a introduit une mémoire flash de type NAND. La principale différence entre le flash NAND et les puces NOR est que la conception NAND utilise un réseau tridimensionnel et non une matrice bidimensionnelle. En d'autres termes, si dans NOR il n'y avait qu'une seule cellule à l'intersection des lignes et des colonnes, alors dans NAND il pourrait y en avoir plusieurs.

Naturellement, il était aussi facile d'accéder à une cellule spécifique que dans NOR, maintenant c'était impossible, et l'algorithme de lecture des informations était beaucoup plus compliqué. Néanmoins, cette approche a permis de créer des puces mémoire plus volumineuses. Dans les lecteurs flash et SSD modernes, c'est la mémoire NAND qui est utilisée. Eh bien, les puces NOR ont trouvé une application dans des domaines où la capacité ne joue pas un rôle clé - par exemple, dans l'électronique automobile.

Pendant longtemps, une cellule unitaire ne pouvait stocker qu'un seul bit d'information. Une telle cellule est appelée cellule à niveau unique (SLC). Viennent ensuite les cellules à plusieurs niveaux avec une capacité à deux bits (MLC, cellule à plusieurs niveaux). Enfin, des cellules à trois niveaux ont été développées. Ces cellules se comparent favorablement à la MLC dans leur faible coût. Ainsi, le coût de 1 Go de mémoire TLC en 2015 n'était que de 0,4 $. Le revers de la mémoire avec des cellules à trois niveaux est sa faible vitesse d'écriture et ses ressources inférieures par rapport au MLC.

Mais revenons aux disques SSD. Curieusement, mais le premier périphérique SSD a été introduit en 1976 - 8 ans plus tôt que la mémoire flash. Il a été développé par Dataram et s'appelait Bulk Core.

Beaucoup de gens croient à tort que tout SSD est basé sur la mémoire flash, mais ce n'est pas le cas. Ils ont obtenu leur nom SSD (Solid State Drive) car il n'y avait pas de pièces mobiles dans leur conception.

La construction de Bulk Core se composait d'un châssis spécial mesurant 19 x 15,75 pouces et de 8 emplacements RAM situés sur celui-ci, d'une capacité de 256 Ko chacun. Ainsi, la capacité de l'appareil était de 2 Mo. Le Bulk Core était disponible pour 9 700 $.

2 ans après l'apparition de Bulk Core, un appareil appelé STC 4305 a été développé par StorageTek. Le STC 4305 avait la taille d'une pièce entière et pouvait stocker 45 Mo d'informations. La bande passante était de 1,5 Mo / s, ce qui était environ 7 fois plus élevé que celui du disque dur IBM 2305. Mais le prix du disque SSD innovant était approprié: le STC 4305 était estimé à 400 000 $.

En 1982, Axlon a lancé une gamme de disques SSD conçus pour être utilisés avec les ordinateurs Apple. Les appareils sont appelés Apple II RAMDisk. D'après le nom, il devient clair que ces lecteurs utilisaient de la mémoire RAM. Leur capacité n'était pas si impressionnante: la version avec 320 Ko de mémoire est devenue la plus populaire. Soit dit en passant, pour éviter la perte d'informations, une batterie rechargeable a été fournie avec le lecteur.

En 1988, Intel a présenté les premières puces de mémoire flash NOR commerciales. Ils ont été utilisés dans le premier lecteur flash SSD - Flashdisk, développé par Digipro et sorti fin 1988. Flashdisk était destiné à être utilisé sur les ordinateurs IBM PC et pouvait stocker jusqu'à 16 Mo de données. À cette époque, le coût du lecteur était de 5 000 $.

Un an plus tard, la société israélienne M-Systems a également présenté un SSD flash NOR, mais ce n'était qu'un prototype. Pendant longtemps, les ingénieurs israéliens ont modifié l'appareil et ce n'est qu'en 1995 que la société a réussi à sortir un disque SSD commercial. Il s'agissait d'un modèle FFD-350 (Fast Flash Disk), fabriqué dans le format de 3,5 pouces habituel. La capacité de stockage maximale était de 896 Mo, bien que même des versions de 16 mégaoctets aient été produites. Le FFD-350 fonctionnait via l'interface SCSI. Le coût de cette Étant donné que l'appareil a atteint plusieurs dizaines de milliers de dollars, le FFD-350 n'a été utilisé que dans les industries aéronautique et militaire, et au cours de la prochaine décennie, M-Systems a élargi sa gamme d'appareils FFD avec de nouveaux disques aux performances améliorées.

La mémoire flash a longtemps été un plaisir assez cher. Cependant, au début des années 2000, le coût de sa production a fortement baissé. Cela a été utilisé par Transcend, qui a publié en 2003 des modules de mémoire flash connectés via l'interface Parallel ATA. La capacité d'un tel disque variait de 16 à 512 Mo. Les prix de ces appareils ont commencé à environ 50 $, ce qui a rendu les modèles Transcend abordables pour les utilisateurs ordinaires.

Samsung a commencé sa croissance rapide sur le marché des disques SSD, en lançant un disque 2,5 "avec une capacité de 32 Go et un coût de 699 $ en 2006. SanDisk a également emboîté le pas, en introduisant un disque 32 Go 2,5" avec une interface SATA.

De plus, en 2006-2007, il a finalement été possible de résoudre le problème d'un petit nombre d'écrasements de mémoire flash. Cela nous a permis de considérer les disques SSD comme une alternative complète aux disques durs.

Au cours des années suivantes, le marché des disques SSD s'est développé rapidement. Un grand nombre de fabricants ont accepté la sortie des appareils. OCZ a donc présenté pour la première fois ses propres disques SSD au CES début 2008.

Les caractéristiques des variateurs croissaient également rapidement: elles devenaient de plus en plus volumineuses et rapides. À cet égard, de nombreux fabricants envisagent de passer à une interface plus rapide. C'est ainsi que sont apparus les premiers SSD PCI Express, notamment le Fusion-io ioDrive Duo.

Aujourd'hui, la question de l'interface est particulièrement aiguë. Le principal problème de l'interface SATA est que les performances des SSD modernes sont devenues si élevées que la bande passante de ce bus (et elle est de 600 Mo / s) n'est tout simplement pas suffisante pour libérer pleinement le potentiel des périphériques SSD. À titre de comparaison: seules deux voies PCI Express 3.0 offrent un débit effectif de 1560 Mo / s, ce qui est presque 3 fois plus élevé que le même SATA.

Parallèlement au changement d'interface, il est également prévu de passer au nouveau protocole NVMe, qui devrait remplacer le AHCI obsolète. L'utilisation de NVMe réduira la latence et fournira une réponse plus rapide du lecteur aux commandes, car le protocole a été initialement «affiné» pour le travail multi-thread avec des données.

Beaucoup s'attendaient à ce qu'en 2015, il y ait une transition massive du SATA au PCI Express, mais cela ne s'est pas produit. L'introduction de nouvelles technologies, les fabricants ont préféré la guerre des prix, dont le résultat a été la réalisation d'un record de faible coût de 1 Go de mémoire flash - 0,4 $.

L'année 2015 a également marqué le début de la transition vers la technologie 3D V-NAND (Vertical NAND). Son essence réside dans le fait que les cellules mémoire sont situées non seulement de manière planaire, mais également en couches. Cela vous permet d'augmenter la capacité sans modifier les tailles individuelles des cellules de mémoire. Un fait intéressant est que la production de mémoire flash 3D V-NAND ne nécessite pas l'utilisation des derniers processus technologiques. Par exemple, Samsung utilise un processus de fabrication 3D V-NAND de 40 nm. Le volume de puces Samsung atteint 256 Gbps, tandis que les cellules sont situées en 48 couches.

Malheureusement, Samsung est aujourd'hui la seule entreprise à disposer de son arsenal de disques SSD utilisant cette technologie. Néanmoins, dans l'année à venir, la société sud-coréenne aura certainement des concurrents. Alliance of Micron et Intel, SK Hynix et Toshiba ont annoncé leur projet de mémoire 3D V-NAND. De plus, dans la production de mémoire flash multicouche TLC, Toshiba utilisera sa propre technologie 3D BiCS NAND (Bit Cost Scalable), ce qui rendra les puces plus petites et moins chères que ses concurrents.

De plus, n'oubliez pas qu'en 2016 la nouvelle technologie 3D XPoint, développée par la même alliance Micron Intel, devrait voir le jour. Il n'y a pas encore beaucoup d'informations sur la technologie.

Selon les développeurs, la technologie sera basée sur un changement de résistance du matériau situé entre les conducteurs, ce qui fournira à la mémoire une vitesse de lecture et d'écriture ultra-élevée. Entre autres, ils promettent que la mémoire 3D XPoint sera 1000 fois plus résistante à l'usure, et lors de l'utilisation des protocoles PCI Express et NVMe, elle aura une latence 10 fois inférieure à celle de la mémoire flash NAND. Les appareils avec mémoire 3D XPoint seront appelés Intel Optane et seront utilisés dans les centres de données.

Ceci conclut notre série d'articles sur l'évolution des supports de stockage. Mais il y aura encore beaucoup de choses intéressantes à venir! Restez à l'écoute.

Source: https://habr.com/ru/post/fr389043/