Un cycle d’écriture SSD est le processus de programmation des données sur une puce de mémoire flash NAND dans un dispositif de stockage à l’état solide.
Un bloc de données stocké sur une puce de mémoire flash doit être effacé électriquement avant que de nouvelles données puissent être écrites, ou programmées, sur le lecteur à l’état solide (SSD). Le cycle d’écriture du SSD est également connu sous le nom de cycle de programmation/effacement (P/E).
Lorsqu’un SSD est neuf, tous les blocs sont effacés et les nouvelles données entrantes sont directement écrites sur le support flash. Une fois que le SSD a rempli tous les blocs libres sur le support de stockage flash, il doit effacer les blocs précédemment programmés pour faire de la place aux nouvelles données à écrire. Les blocs qui contiennent des données valides, invalides ou inutiles sont copiés dans des blocs différents, libérant ainsi les anciens blocs à effacer. Le contrôleur SSD efface périodiquement les blocs invalidés et les remet dans le pool de blocs libres.
Le processus d’arrière-plan qu’un SSD utilise pour nettoyer les blocs inutiles et faire de la place pour les nouvelles données est appelé garbage collection. Le processus de garbage collection est généralement invisible pour l’utilisateur, et le processus de programmation est souvent identifié simplement comme un cycle d’écriture, plutôt qu’un cycle d’écriture/effacement ou P/E.
Pourquoi les cycles d’écriture sont importants
Un SSD à flash NAND ne peut supporter qu’un nombre limité de cycles d’écriture. Le processus de programmation/effacement entraîne une détérioration de la couche d’oxyde qui piège les électrons dans une cellule de mémoire flash NAND, et le SSD finira par devenir peu fiable, s’user et perdre sa capacité à stocker des données.
Le nombre de cycles d’écriture, ou endurance, varie en fonction du type de cellule de mémoire flash NAND. Un SSD qui stocke un seul bit de données par cellule, appelé flash NAND à cellule à niveau unique (SLC), peut généralement supporter jusqu’à 100 000 cycles d’écriture. Un SSD qui stocke deux bits de données par cellule, communément appelé flash MLC (multi-level cell), supporte généralement jusqu’à 10 000 cycles d’écriture avec une NAND planaire et jusqu’à 35 000 cycles d’écriture avec une NAND 3D. L’endurance des SSD qui stockent trois bits de données par cellule, appelés flash TLC (triple-level cell), peut atteindre 300 cycles d’écriture avec la NAND planaire et 3 000 cycles d’écriture avec la NAND 3D. Les dernières NAND à cellules à quadruple niveau (QLC) supporteront probablement un maximum de 1 000 cycles d’écriture.
À mesure que le nombre de bits par cellule de mémoire flash NAND augmente, le coût par gigaoctet (Go) du SSD diminue. Cependant, l’endurance et la fiabilité du SSD sont également plus faibles.
Problèmes courants de cycle d’écriture
Les défis que les fabricants de SSD ont dû relever pour utiliser la mémoire flash NAND afin de stocker des données de manière fiable sur une période prolongée comprennent les interférences entre cellules à mesure que les matrices deviennent plus petites, les défaillances et les erreurs de bits, les effacements de données lents et l’amplification d’écriture.
Les fabricants ont amélioré l’endurance et la fiabilité de tous les types de SSD grâce à des mécanismes basés sur le logiciel du contrôleur, tels que les algorithmes de nivellement de l’usure, la mise en mémoire tampon externe des données, l’amélioration du code de correction d’erreur (ECC) et de la gestion des erreurs, la compression des données, l’overprovisioning, une meilleure gestion interne de la NAND et le retour d’information sur l’usure des blocs. Par conséquent, les SSD basés sur la technologie flash ne se sont pas usés aussi rapidement que les utilisateurs le craignaient autrefois.
Les fournisseurs offrent couramment des garanties SSD qui spécifient un nombre maximal d’écritures de lecteur de périphérique par jour (DWPD) ou de téraoctets écrits (TBW). DWPD est le nombre de fois que la capacité totale du SSD peut être écrasée sur une base quotidienne pendant la période de garantie. Le TBW est la quantité totale de données qu’un SSD peut écrire avant qu’il ne tombe en panne. Les vendeurs de systèmes à base de flash et de SSD offrent souvent des garanties de cinq ans ou plus sur leurs disques d’entreprise.
Les fabricants précisent parfois le type de charge de travail de l’application pour laquelle un SSD est conçu, comme une écriture intensive, une lecture intensive ou une utilisation mixte. Certains fournisseurs permettent au client de sélectionner le niveau optimal d’endurance et de capacité pour un SSD particulier. Par exemple, un utilisateur d’entreprise disposant d’une base de données à fortes transactions peut opter pour un nombre de DWPD plus élevé au détriment de la capacité. Ou un utilisateur exploitant une base de données qui effectue des écritures peu fréquentes pourrait choisir un DWPD inférieur et une capacité supérieure.