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Stockage : à quoi servent les SSD pseudo-SLC ?

par Robert Sheldon

Parmi les différentes variétés de SSD, il en est une dont l’utilisation va croissant : celle des SSD pseudo-SLC. Les variantes de SSD reposent sur la quantité de bits que l’on peut stocker dans une cellule. Plus on en stocke (3 bits dans une cellule TLC, 4 dans une cellule QLC, 5 dans une cellule PLC…), plus le SSD est capacitif sans coûter plus cher. En revanche, il perd aussi en vitesse d’écriture et en longévité. À l’inverse, un SSD SLC, qui ne stocke qu’un bit par cellule, est bien plus performant et bien plus durable que les autres, au détriment de sa capacité.

Un SSD pseudo-SLC est censé réunir le meilleur des deux mondes. Il s’agit dans la plupart des cas d’acheter un SSD TLC ou QLC qui se comporte comme un SSD SLC.

Qu’est-ce qu’un SSD pseudo-SLC ?

Techniquement, un SSD pseudo-SLC est un SSD TLC (ou QLC, selon les cas) qui ne stocke qu’un seul bit dans ses cellules alors qu’elles peuvent en contenir plusieurs. Les mémoires NAND TLC ou QLC étant beaucoup moins chères que les mémoires NAND SLC, un SSD pseudo-SLC coûtera donc de toute façon moins cher qu’un véritable SSD SLC à capacité égale. Mieux : les SSD TLC et QLC bénéficiant de fabrication par empilement des circuits (la 3D-NAND), au contraire des SSD SLC, un modèle pseudo-SLC offrira aussi généralement plus de capacité qu’un SLC tout court.

Accessoirement, le fait de n’avoir à gérer qu’un bit par cellule, signifie qu’il n’y a qu’un niveau de courant à lui affecter et que, dans ces conditions, l’électronique embarquée n’a plus à se casser la tête à résoudre les problématiques de parasitage de tension entre les cellules voisines. En effectuant moins de travail de correction, les écritures sont plus rapides et les cellules s’usent moins vite.

Le pseudo-SLC n’est pas un concept nouveau. Il a été introduit pour la première fois avec les SSD MLC (2 bits par cellule), soit au début de la carrière de ces supports de stockage. L’avènement des technologies 3D, associé aux structures TLC et QLC, a toutefois donné un coup de fouet au concept. D’autant que le mode pseudo-SLC peut être mis en œuvre sur n’importe quelle mémoire NAND sans qu’il soit nécessaire de modifier l’architecture de la cellule ou le processus de fabrication. Les changements se situent au niveau du firmware du contrôleur embarqué dans le SSD.

Quels sont les avantages et inconvénients des SSD pseudo-SLC ?

Un SSD pseudo-SLC offre principalement trois avantages :

• Il offre des performances supérieures à celles d’un SSD multibits, car il ne subit pas la surcharge de lecture/écriture liée à la présence de plusieurs bits par cellule. Plus il y a de bits dans une cellule, plus il faut de temps pour lire/écrire des données.
• La mémoire NAND pseudo-SLC ne contient qu’un seul bit par cellule, de sorte que les cellules sont moins sujettes aux erreurs de bits, ce qui se traduit par une endurance et une fiabilité meilleures.
• Les SSD TLC et QLC atteignent des densités plus élevées que jamais, en particulier avec l’avènement de la 3D-NAND. Le pseudo-SLC peut tirer parti de cette densité pour offrir de plus grandes capacités à un coût par gigaoctet inférieur à celui des SSD SLC classiques.

Cela étant dit, un SSD pseudo-SLC offre tout de même moins de capacité qu’un modèle TLC (66 % de moins) ou QLC (75 % de moins) de prix similaire. Mis à part les véritables SSD SLC, il s’agit donc de l’option qui a le coût par gigaoctet le plus élevé.

Et bien que les SSD pseudo-SLC puissent offrir d’excellentes performances, une grande endurance et une grande fiabilité, ces caractéristiques ne sont pas aussi bonnes que celles d’un modèle véritablement SLC. Un SSD pseudo-SLC n’est pas construit avec la même architecture qu’un disque SLC natif. Typiquement, le bit est stocké dans les cellules avec une tension intermédiaire, via un dispositif toujours conçu pour plusieurs tensions et dont le mécanisme fragilise toujours plus les cellules que dans le cas d’un système à tension électrique unique.

Quels sont les usages des SSD pseudo-SLC ?

Le SSD pseudo-SLC est rarement utilisé pour le tout venant des applications d’entreprise. Il est conçu pour être une alternative moins chère aux SSD SLC que l’on utilise dans des environnements critiques, où la fiabilité et la vitesse d’écriture sont essentielles. Citons les machines-outils en usine, les équipements médicaux, ou encore des véhicules : avions, bateaux, voitures, camions…

Les NAND pseudo-SLC peuvent par ailleurs se retrouver embarquées dans des systèmes d’appoint comme les objets connectés, voire comme un cache pour des équipements avec cartes graphiques ou cartes réseau.

Certains fournisseurs proposent par ailleurs des disques SSD QLC qui incluent des partitions pseudo-SLC pour améliorer les performances d’écriture sans augmenter le prix à cause d’un nombre plus important de circuits cache de DRAM. Souvent, les administrateurs IT peuvent reconfigurer ces partitions pour adapter leurs SSD à des charges de travail spécifiques.

Quels sont les acteurs du pseudo-SLC ?

Un nombre croissant de fournisseurs proposent des solutions stockage qui intègrent des fonctionnalités pseudo-SLC :

• ATP Electronics vend une gamme de SSD TLC et QLC avec des zones pseudo-SLC définissables. Ces SSD intègrent des technologies avancées de microprogrammation de contrôleur qui offrent des paramètres personnalisables pour prendre en charge des utilisations dans différents secteurs d’activité.
• Hyperstone propose des contrôleurs pour une variété de solutions basées sur les mémoires NAND. Ces contrôleurs prennent en charge un mode pseudo-SLC qui offre aux fabricants une plus grande souplesse de conception.
• Sabrent a intégré une « mémoire cache » pseudo-SLC dans tous ses SSD. L’avantage de ce cache par rapport à un cache fait de circuits DRAM, est qu’il est de taille importante et permet ainsi d’absorber les pics d’écriture les plus soudains.
• Silicon Power vend des SSD pseudo-SLC industriels. Conçus pour être les plus endurants du marché, ces SSD doublent la fiabilité de leurs cellules monobits par des algorithmes de correction d’erreurs qui minimisent le parasitage de tensions électriques entre cellules.
• Smart Modular Technologies propose aux fabricants des serveurs et des baies de disques des SSD pseudo-SLC basés sur des mémoires NAND MLC ou TLC. Smart Modular installe dans le firmware de ses contrôleurs des algorithmes spécifiques afin de favoriser le comportement réel d’un SLC natif.
• Toradex vend une gamme de cartes mémoires eMMC MLC et TLC qui peuvent être configurées en mode amélioré, ce qui permet d’obtenir des capacités pseudo-SLC.