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Stockage : Les fabricants lèvent le voile sur leurs prochains SSD

Des composants NAND en 176 couches, un nouveau format E1.S parti pour s’imposer dans les datacenters, des SSD qui calculent eux-mêmes et une technologie ZNS inédite ont animé le dernier Flash Memory Summit.

L’événement Flash Memory Summit qui s’est tenu cette semaine a vu arriver des produits de pointe qui repoussent les limites des disques SSD. En vedette, Micron est le premier fabricant à parvenir à assembler 176 couches dans ses composants NAND 3D. Kioxia et NGD Systems ont présenté des SSD au format minuscule E1.S, conçu pour remplacer les SSD au format M.2 dans les serveurs. Western Digital a dévoilé ses premiers SSD ZNS (Zoned Namespace) qui écrivent des données de manière séquentielle vers différentes régions d’un SSD pour en augmenter les performances et la capacité. Citons également les SmartSSD équipés de processeurs qui exécutent eux-mêmes certaines fonctions, chez Xilinx et Samsung, et qui devraient arriver sur le marché dès le début de l’année prochaine. 

Selon Derek Dicker, en charge des unités de stockage chez Micron, les composants de NAND 3D en 176 couches amélioreraient la fiabilité et les performances des SSD en plus de réduire leur coût au Go. Il promet des accélérations dans les applications d’analyse et des tarifs plus avantageux pour les baies de disques de prochaine génération. En clair, du stockage plus rentable. Il se refuse néanmoins à dire quand ces unités en 176 couches seront mises sur le marché.

« Je pense que Micron a trois à six mois d’avance sur la concurrence. »
Greg WongAnalyste, Forward Insights

Ces composants NAND 3D en 176 couches seront les seconds, après ceux en 128 couches, à bénéficier d’une technologie de charge électrique piégée, plus efficace que la précédente dite de porte flottante. Micron assure en maîtriser parfaitement les chaînes de fabrication, et il aurait d’ores et déjà lancé les productions en série de ses prochains SSD. Des modèles de présérie auraient même déjà été livrés aux fabricants de baies de disques pour évaluation.

« Je pense que Micron a trois à six mois d’avance sur la concurrence », estime Greg Wong, analyste au bureau Forward Insights. « Le nombre maximum de couches NAND chez les autres fabricants va de 112 pour Kioxia et Western Digital, à 128 pour Samsung et SK Hynix, voire à 144 pour Intel ». Intel, cependant, se préoccupe surtout pour l’instant de revendre son activité NAND à SK Hynix. Jeff Janukowicz, analyste chez IDC, fait remarquer pour sa part que la plupart des modèles de SSD aujourd’hui vendus dans les datacenters en sont encore à la génération 64 couches : la meilleure rentabilité des baies de disques devra attendre encore un petit peu.

Les EDSFF succéderont aux SSD de format M.2

Pour les fabricants de SSD, la priorité est d’adresser les besoins de ces acheteurs en très gros volumes que sont les hébergeurs de cloud. Ce sont d’ailleurs ces derniers qui ont dessiné les spécifications des nouveaux SSD EDSFF, ceux qui correspondent notamment au format E1.S, au travers du consortium OCP (Open Compute Project) qui unit les grands acteurs du datacenter.

Les SSD EDSFF au format E1.S ont vocation à remplacer dans les serveurs les SSD au format M.2, à savoir ces SSD qui prennent la forme d’une petite barrette rectangulaire, avec le connecteur à une extrémité, et qui ont désormais vocation à ne plus équiper que des ordinateurs portables.

Les SSD EDSFF reprennent le même principe du connecteur à l’extrémité, mais ils s’enfichent verticalement – pour densifier la capacité de stockage à la surface d’un serveur – et sont constitués d’un boîtier plus épais, intégrant plus de composants NAND. Ces composants sont éventuellement alignés les uns à côté des autres perpendiculairement à leur support, comme dans le cas de la série XD6 des SSD Kioxia.

Cette conception permet par exemple à Kioxia de proposer des modèles qui offrent de 1,92 à 3,84 To de capacité. Ces boîtiers ont différentes épaisseurs, de 0,59 à 2,5 cm, selon la quantité de composants NAND embarqués. La taille E1.S correspond à la longueur minimale d’un SSD EDSFF, soit 11 à 12 cm. Le standard prévoit également une taille E1.L longue de 32 cm.

Par ailleurs, le standard EDSFF apporte le retrait à chaud, ce qui permet de remplacer un SSD sans avoir à arrêter un serveur. À ce propos, Scott Shadley, en charge du marketing chez NGD Systems, l’un des fabricants ce type de nouveaux SSD, argumente que le format E1.S a aussi le mérite d’être « prêt à l’emploi », c’est-à-dire qu’il est plus facile à utiliser dans les serveurs qu’un SSD M.2 qu’il faut visser sur son support.

Les SSD E1.S modèle Newport de NGD utiliseront l’année prochaine de la NAND QLC, plus capacitive, pour proposer des modèles atteignant 12 To. NGD argumente qu’il sera alors possible d’avoir jusqu’à 432 To dans un serveur 1U, notamment sur un modèle AIC capable d’embarquer trois douzaines de SSD E1.S.

Chez Kioxia, on mise plutôt sur la vitesse. Ses XD6 prennent en charge les spécifications PCIe 4.0 et NVMe 1.3c, pour atteindre de meilleures performances que les SSD NVMe couramment connectés en PCIe 3.0.

Intel et Samsung ont également présenté des échantillons de leurs futurs SSD au format E1.S ; tout comme la start-up Fadu Technology qui a montré son modèle Bravo SSD E1.S, mis au point en mars dernier et son prochain Delta SSD E1.S aux performances doublées. Celui-ci devrait être commercialisé l’année prochaine.

« Il est probable que les serveurs traditionnels mettent une éternité avant d’adopter un nouveau format de SSD. »
Joseph UnsworthAnalyste, Gartner

Don Jeanette, analyste chez TrendFocus, estime que les ventes de SSD E1.S décolleront en 2022, voire en 2023, lorsque les grands hébergeurs mettront à jour leurs matériels. « Il reste à savoir si ce format s’imposera dans les machines de série de Dell EMC, HPE, Lenovo et consort », commente-t-il.

« Il est probable que les serveurs traditionnels mettent une éternité avant d’adopter un nouveau format de SSD : le format 2,5 pouces étant aussi celui des disques durs, il devrait subsister encore pendant des décennies », ajoute Joseph Unsworth, analyste chez Gartner.

ZNS : surtout un sujet d’excitation pour les développeurs

Le format 2,5 pouces – alias U.2 – est d’ailleurs celui que conserve le nouvel Ultrastar DC ZN540 de Western Digital. Ce SSD NVMe est le premier à utiliser la technologie Zoned Storage, une initiative que Western Digital a lancée en 2019 pour faciliter une plus grande efficacité du stockage. En l’occurrence, le SSD Ultrastar DC ZN540 bénéficierait grâce au ZNS de performances quatre fois meilleures et d’une fiabilité 2,5 fois supérieure par rapport à celles des SSD conventionnels.

Le ZNS permet au système d’exploitation du serveur hôte de contrôler à quel endroit dans les SSD, les écritures doivent avoir lieu. D’ordinaire, c’est le SSD qui s’occupe de cette tâche, pour répartir le vieillissement de ses cellules, mais cela l’oblige à embarquer une certaine quantité de RAM très coûteuse, ainsi que des composants NAND en plus qui ne sont pas utilisables par le serveur.
Cette fonction de ZNS existe désormais dans le noyau Linux et il fallait, pour l’exploiter, construire des SSD qui acceptent de lui laisser la main.

« Attendons néanmoins de voir dans quelle mesure cela permet d’économiser des dollars dans le datacenter avant de conclure sur les avantages. »
Jim HandyAnalyste, Objective Analysis

Jim Handy, analyste chez Objective Analysis, est dubitatif : « il semble qu’il y ait beaucoup d’excitation chez les développeurs. Ils disent pouvoir écrire des logiciels plus performants en utilisant des fonctions ZNS. Attendons néanmoins de voir dans quelle mesure cela permet d’économiser des dollars dans le datacenter avant de conclure sur les avantages. »

Selon Greg Wong, le ZNS sera particulièrement utile pour permettre aux SSD avec des cellules capacitives QLC de surmonter leurs problèmes de performances médiocres. Précisons que le ZN540 de Western Digital utilise encore des NAND TLC plus rapides, mais une version avec NAND QLC serait dans les cartons.

SSD intelligents : un marché de niche

Enfin, Samsung a souhaité se montrer en locomotive des SmartSSD, lesquels permettent de soulager les serveurs des fonctions liées au stockage, voire au filtrage des données. Pour animer ces SSD, Xilinx propose une puce FPGA reprogrammable dans le but d’exécuter en temps réel certains algorithmes. On pense naturellement à la compression et au chiffrement. Mais le kit de développement Vitis de Xilinx dispose de bibliothèques pour accélérer les accès Bigstream dans Apache Spark, pour encoder des fichiers vidéo ou encore pour appuyer des moteurs de recherche.  

« Cela dit, ces SSD devraient rester un marché de niche », estime Don Jeanette. « Ils seront utiles à certaines entreprises, mais le coût supplémentaire d’embarquer des processeurs leur empêchera de rivaliser, dans la plupart des cas, avec des SSD traditionnels. »

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