SSD

Les SSD, de l'anglais "Solid-State Drive", rarement traduit en français "disque électronique"¹⁾, sont des appareils servant à stocker des données, qui remplacent de plus en plus les disques durs dans nos ordinateurs.

Un disque dur traditionnel est constitué de plateaux magnétiques et d'une tête de lecture mobile alors qu'un SSD est équipé de mémoire Flash. Fondamentalement il s'agit de simples puces, soudées à un circuit imprimée. Contrairement au disque dur il ne comporte aucune partie mécanique, il ne s'agit pas de disques, et l'appellation « disque électronique » ou « disque SSD » est donc plutôt un abus de langage.

Leurs avantages sur les disques durs sont :

• rapidité incomparable, qu'il s'agisse du débit, et encore plus des temps d'accès
• économes en énergie
• parfaitement silencieux
• meilleure fiabilité (meilleure longévité et meilleure résistance aux chocs)²⁾³⁾
• plus légers
• plus petits (leur conception permet la miniaturisation), par conséquent…
• capacité maximale supérieure dans un même volume
• pas de délai de sortie de veille (les plateaux des disques durs s'arrêtent pour économiser l'énergie et prennent plusieurs secondes à être relancés)
• absence d'effet de la fragmentation, étant donné qu'il n'y a plus besoin de déplacer de tête de lecture

Leur seul inconvénient est a priori leur prix, à capacité équivalente. Il arrive aussi que certains modèles chauffent, lorsqu'ils sont particulièrement sollicités.⁴⁾

Les SSD étant largement plus rapides que les disques durs, ils sont devenus la norme pour le déploiement d'un système d'exploitation, tel qu'Ubuntu.

En effet, en informatique presque tout est fichier, et l'activité principale de l'OS pendant le démarrage ou le lancement d'une application est de lire du contenu du support de stockage pour le copier en mémoire vive (qui est infiniment plus rapide pour travailler). C'est le matériel de stockage qui est le maillon faible dans ces échanges, et utiliser un SSD plutôt qu'un disque dur pour le système accélère considérablement le temps de démarrage ou du lancement de n'importe quel programme (en plus de celui du chargement des fichiers évidemment), et donc la réactivité générale du système.

Cette norme étant de plus en plus établie, il arrive que l'installation de certaines distributions ou l'utilisation de certains logiciels sur un disque dur engendrent des erreurs parfois fatales (par délai d'attente expiré ou timeout).

Il est donc généralement considéré depuis quelques années qu'Ubuntu doit être installé sur un SSD pour fonctionner confortablement.⁵⁾

Même pour le stockage des fichiers multimédia les plus lourds, la NAND QLC par exemple permet d'accélérer très largement les recherches et les accès, pour un tarif peu supérieur aux disques durs à capacité égale (et sans en avoir les multiples défauts). On réserve désormais les disques durs à la sauvegarde, ou au stockage de fichiers lourds et peu sollicités.

Ubuntu gère parfaitement les SSD par défaut, il n'y a aucune modification à apporter au système pour qu'il gère au mieux un SSD.

Techniquement, la seule optimisation fournie par le système d'exploitation par rapport à un disque dur est celle qu'apporte la commande TRIM, qui est par défaut exécutée automatiquement par Ubuntu en arrière plan.

Un SSD se partitionne de la même manière qu'un disque dur traditionnel.

Il en existe de diverses formes, utilisant différents connecteurs :

• format 2,5" (2,5 pouces) avec connecteur SATA, ils sont au format des disques durs qui équipaient les ordinateurs portables et utilisent la même connexion.
• format et connexion mSATA, qui est une connexion similaire au SATA, en plus petit.
• format M.2 avec connexion mSATA
• format M.2 avec connexion NVMe. Cette connexion est en fait un autre nom pour le PCIe (PCI Express), qu'on a plutôt l'habitude d'utiliser pour des cartes réseau, cartes son, contrôleurs ou autres extensions générales de la carte mère. C'est une connexion plus directe avec le système, et la meilleure à l'heure actuelle pour un SSD grand public : elle autorise les meilleures performances.

Le format M.2, est très petit (22 mm de large) et existe en plusieurs longueurs : 2242 (42 mm de large), 2260, 2280 (22mm x 80mm).

Au cœur d'un SSD les bits (les 0 et 1 qui constituent les données informatiques) sont stockés dans ce qu'on appelle une cellule NAND (NAND cell en anglais). Il en existe de plusieurs type qui ont une influence sur la durée de vie du matériel, et donc son usage.

Sans trop entrer dans les détails une cellule possède une charge électrique qui prend différentes valeurs, et peut donc stocker plus d'un bit. On parle alors de multi layer cell (MLC ou cellule multi-couches). Il en existe de plusieurs types. En fonction de ce type de NAND, on destinera généralement le SSD à différents usages. En 2023 les valeurs générales étaient les suivantes :⁶⁾

• Single Level Cell (SLC) : stocke 1 bit unique. La cellule survit à environ 100000 cycles d'écriture.
  Idéal pour un usage très intensif, mais très onéreux. Ce type de mémoire ne s'adresse pas au grand public.
• Multi Level Cell (MLC) : ce terme est en fait plutôt utilisé spécifiquement pour les cellules pouvant stocker 2 bit. Espérance de vie d'environ 10000 cycles
  Convient parfaitement à un système d'exploitation. Si on a beaucoup de données personnelles à stocker (multimédia en particulier), son rapport capacité / prix n'est par contre pas très intéressant.
• Triple Level Cell (TLC) : 3 bit. Environ 3000 cycles.
  C'est généralement un bon rapport qualité / prix, permettant de stocker tous types de données, système d'exploitation comme fichiers multimédia.
• Quad Level Cell (QLC) : 4 bit. Environ 1000 cycles.
  Pour lui garantir une durée de vie optimale, mieux vaut réserver ces SSD à du stockage qui ne sera pas réécrit très régulièrement (éviter d'y stocker la SWAP par exemple). Ce matériel de par son meilleur rapport capacité / prix convient parfaitement au stockage de fichiers multimédia (photos, musique, vidéos…). Cette technologie permet d'atteindre des niveaux de capacité inédits, dans un espace physique très restreint (8 To ou plus dans un 2,5") !

Sur ce sujet voir aussi cet article (Kingston est un fabriquant de SSD bien connu).

Les contrôleurs des SSD écrivent par blocs de 4 ko, mais effacent par blocs beaucoup plus larges, ce qui impose de nombreuses lectures ou de nombreux déplacements pour effacer des blocs, et donc une baisse des performances.
Linux utilise TRIM pour réduire, voire supprimer cette baisse de performance en indiquant au contrôleur du SSD quels sont les secteurs inutilisés.⁷⁾

Ubuntu effectue cette opération automatiquement et régulièrement avec le programme fstrim.
Vous pouvez vérifier son bon fonctionnement avec cette commande :

systemctl status fstrim

Voir aussi l'utilisation de fstrim sur linuxtricks.fr.

(ou garbage collector)

Ce mécanisme permet de réorganiser les données sur le disque, pour permettre de conserver de bonnes performances après des écritures aléatoires.
La plupart des disques l'intègrent aujourd'hui.

(ou wear levelling)

C'est un procédé utilisé par les contrôleurs des SSD. Il consiste à répartir l'usure des cellules en écrivant le moins souvent possible dans les mêmes, et en profitant ainsi au maximum du nombre de cycles de lecture-écriture de chacune. Cet algorithme améliore donc la durée de vie des SSD.

La commande TRIM permet d'augmenter la quantité de cellules considérées comme vides par le SSD et donc d'améliorer cette opération. Grâce à TRIM, plus le SSD contient d'espace vide, mieux est répartie son usure.

• Film éducatif expliquant en détail le fonctionnement d'un SSD (sous-titres français disponibles).
• Disque dur
• Partitions

Contributeurs : Kortex@HFR et Albator⁸⁾, krodelabestiole