Disques durs et SSD
Des services bancaires en ligne aux réseaux sociaux et au streaming, une grande partie de l'activité humaine dépend aujourd'hui d'une infrastructure numérique indissociable de deux technologies de stockage : les disques durs et les SSD. Pour le commun des mortels, ces technologies peuvent passer inaperçues dans le quotidien, mais, dans les faits, elles régissent la manière dont les données sont stockées, consultées et gérées. Appréhender leur évolution et leurs différences nous permet de comprendre comment elles façonnent l'infrastructure d'aujourd'hui, mais aussi celle de demain.
Des gros ordinateurs et PC personnels des origines aux techniques optimisées par l'IA d'aujourd'hui, les technologies de stockage n'ont cessé d'évoluer en même temps que la demande. Avec l'accroissement des besoins numériques, disques durs et SSD se sont mis à jouer un rôle distinct, mais central dans l'infrastructure moderne. Cette évolution reflète l'adaptation constante des périphériques de stockage à la diversité des applications et des environnements, en fournissant la capacité, les performances, les formats et la durabilité répondant aux besoins en données croissants du monde.
Les disques durs et les SSD régissent l'infrastructure numérique mondiale depuis des décennies, et pour longtemps encore.
La chronologie ci-dessus montre comment les technologies de stockage se sont adaptées à l'évolution de la demande.
Des années 1950 aux années 1980, les disques durs, dotés de la technologie d'enregistrement magnétique longitudinal (LMR, Longitudinal Magnetic Recording), ont permis aux gros ordinateurs, véritables piliers de l'informatique balbutiante, de gérer tout un éventail de tâches bureautiques et scientifiques. Dans les années 1980, les disques durs à technologie LMR ont continué à jouer un rôle majeur dans l'évolution de la capacité informatique. Ces premiers systèmes correspondaient à une informatique centralisée, dans laquelle le traitement des données était concentré sur des serveurs centraux à capacité élevée, et les données généralement accessibles via des terminaux clients dotés de peu de stockage, voire aucun.
Dans les années 1980 et 1990, les ordinateurs personnels, y compris les PC portables, se sont généralisés, s'appuyant exclusivement sur des disques durs pour fournir capacité et prix abordable pour les tâches quotidiennes. C'est à cette époque que Seagate a inventé les premiers disques durs pour PC, exploitant la technologie LMR pour atteindre une capacité révolutionnaire de 5 Mo dans un format de 5,25 pouces. Ces disques permettaient de stocker localement des systèmes d'exploitation, des applications et d'importants volumes de fichiers, boostant ainsi la croissance du marché des PC. Cette période a marqué une mutation vers une décentralisation de l'informatique, les PC permettant de traiter les données au niveau des points de terminaison locaux plutôt que dans des systèmes centralisés. Les disques durs sont restés le principal support de stockage pour PC pendant une bonne partie des années 2000, offrant une solution économique pour les PC de bureau et portables.
À la fin des années 1990 et au début des années 2000, à mesure que la demande des particuliers pour une informatique portable augmentait, les PC portables ont progressivement gagné en popularité. C'est alors que sont apparus les SSD intégrant la mémoire Flash NAND, une technologie capable de stocker les données sous forme de charges électriques sur des cellules semi-conductrices. La première itération commercialisée en 1987 exploitait la technologie NAND 2D, où les données étaient stockées sur une couche unique de cellules. Dans cette structure, la mémoire Flash SLC (Single-Level Cell) permettait de stocker un bit de données par cellule, répondant à la demande de vitesse et de réactivité des appareils grand public. Avec l'évolution des PC portables au début des années 2000, les priorités se sont tournées vers des modèles plus fins dotés d'une plus grande autonomie. Les SSD ont facilité ces avancées. Grâce à un accès direct et aléatoire aux données, ils réduisaient la consommation d'énergie tout en offrant des vitesses élevées de lecture et d'écriture, ce qui les rendait particulièrement efficaces pour accélérer les temps de démarrage des systèmes d'exploitation et améliorer l'exécution des applications. Les SSD ont également permis l'introduction de formats bien plus fins (par exemple, mSATA, M.2 et U.2), contribuant à affiner et à alléger les portables modernes. En remplaçant les disques 2,5 et 3,5 pouces plus encombrants dans les PC portables, ces formats ont rationalisé le profil des périphériques.
Au milieu des années 2000, le stockage des données connaît une nouvelle mutation. En 2005, l'enregistrement magnétique perpendiculaire (PMR, Perpendicular Magnetic Recording) a commencé à équiper les disques durs, permettant d'augmenter la densité de données et d'offrir des capacités de stockage supérieures à moindre coût. Contrairement à la technologie LMR, qui alignait les bits magnétiques horizontalement sur le plateau, le PMR les positionne verticalement pour un encombrement moindre et plus de stabilité. Cette approche s'attaquait à la limite superparamagnétique, un phénomène dans lequel les bits magnétiques deviennent instables et sujets aux pertes de données lorsqu'ils sont trop proches les uns des autres. En orientant les bits magnétiques perpendiculairement, la technologie PMR passait outre cette limite pour offrir un stockage fiable des données à des densités bien supérieures. L'augmentation de la densité des données apportée par la technologie PMR a fourni les bases nécessaires pour répondre aux besoins en stockage de masse des centres de données dans les années 2010, une évolution capitale pour les centres de données, où l'explosion des volumes de données était la plus notable.
De la fin des années 2000 aux années 2010, la prolifération des téléphones portables et du cloud computing, l'augmentation des vitesses d'Internet et l'essor de la connectivité 4G, qui ont fait exploser le nombre d'applications mobiles gourmandes en données, engendrant une demande croissante de stockage dans le cloud, ont été à l'origine d'une évolution technologique et sociale phénoménale. Le traitement et le stockage des données sont passés des appareils locaux aux centres de données cloud centralisés, faisant de ces derniers les principaux sites de gestion et de stockage des données générées par les appareils mobiles et IoT. Les centres de traitement des données à grande échelle ont gagné en importance à mesure que les applications et les données migraient vers le cloud. La transition s'est accélérée dans les années 2010, lorsque l'utilisation du cloud d'entreprise a explosé suite à la rentabilité et au potentiel d'innovation du stockage centralisé. Une grande partie du stockage de masse, géré par des disques durs dotés d'une densité de données accrue grâce à la technologie PMR, a commencé à migrer vers le cloud, devenu central dans la gestion à distance de grands volumes de données. Si les téléphones portables stockaient les données en local sur une mémoire Flash NAND intégrée, une grande partie du contenu généré était importé dans le cloud, des centres de données régionaux reposant principalement sur les disques durs, capables de stocker efficacement les données à grande échelle. Les PC portables récents ont eux aussi cessé de recourir aux disques durs locaux pour le stockage principal, stockant et sauvegardant leurs données sur des systèmes cloud chargés de la majeure partie de la gestion et du partage de fichiers. Cette évolution représentait un retour à une certaine centralisation de la gestion des données, car le cloud répondait au besoin de gérer des volumes de données exponentiels à grande échelle.
Dans le même temps, certaines innovations dans le domaine des SSD, telles que les technologies NAND MLC (Multi-Level Cell) et TLC (Triple-Level Cell), ont permis d'accroître la capacité et les performances des appareils compacts et des environnements d'entreprise nécessitant de pouvoir rapidement récupérer les données. Lancée en 2013, la NAND 3D a marqué une avancée significative en empilant verticalement des cellules de mémoire pour augmenter la densité et réduire les coûts par bit. Cette innovation a permis d'étendre les capacités des SSD et d'obtenir une meilleure endurance. En outre, les SSD M.2, apparus au début des années 2010, offraient une conception plus flexible et plus compacte que les SSD SATA traditionnels, ce qui a permis d'affiner et d'alléger encore plus les ordinateurs portables. À peu près à la même époque, la capacité des disques durs s'est accrue grâce à la technologie SMR (Shingled Magnetic Recording), introduite en 2013. Cette méthode de formatage basée sur le PMR crée des pistes de données se chevauchant pour maximiser la densité de stockage.
En 2024, la technologie PMR avait atteint ses limites physiques. Elle ne parvenait plus à compresser les bits magnétiques pour accroître la densité surfacique sans rendre les données instables. En faisant appel à un nouveau type de support magnétique qui maintenait la stabilité des grains au fur et à mesure qu'ils devenaient plus petits et plus denses, l'enregistrement magnétique assisté par laser (HAMR, Heat-Assisted Magnetic Recording) a permis de résoudre ce problème. Ce résultat est obtenu par un chauffage rapide de la surface du disque à l'aide d'un minuscule laser, qui permet à la tête d'enregistrement d'écrire des bits de données à des densités plus élevées. Cette avancée technologique révolutionnaire dans le secteur du stockage a permis d'obtenir des densités de bits de 5 To par plateau, soit 50 To par disque dur.
Aujourd'hui, les disques durs les plus avancés utilisent la plate-forme technologique Seagate Mozaic 3+™ pour déployer la technologie HAMR et obtenir ainsi des gains de densité surfacique inégalés, tandis que les SSD exploitent la technologie NAND QLC (Quad-Level Cell). Ces avancées ont conféré différentes fonctions à chacune des technologies. Les disques durs sont au cœur des grands centres de données d'entreprise, en périphérie ou dans le cloud. Ils stockent et protègent, à moindre coût, d'énormes volumes de données afin de permettre, entre autres charges, l'entraînement des modèles d'IA. Essentiels dans les applications ultra-performantes de ces centres de données, les SSD fournissent un stockage local vital pour les appareils grand public.
Ces environnements continuent d'influencer le paysage du stockage.
Disques durs et SSD jouent chacun un rôle unique dans les exemples d'utilisation du stockage en raison de leurs approches technologiques fondamentalement différentes en termes de lecture et d'écriture.
Les SSD sont basés sur une mémoire Flash NAND, où les données sont stockées sous forme de charges électriques sur des cellules semi-conductrices. Les avancées dans la recherche, le développement et la fabrication ont permis d'augmenter les densités de bit en réduisant les tailles des cellules et en ajoutant des couches verticales. Ce type de SSD offre des performances extrêmement élevées, idéales pour les applications exigeant un accès rapide et une faible latence.
Mais les SSD ne sont pas parfaits. Les données sont écrites et réécrites selon des cycles d'effacement logiciels qui, au fil du temps, finissent par user les cellules NAND. Cette dégradation progressive affecte l'endurance des SSD, en particulier dans les environnements riches en écriture. Des techniques, telles que le nivelage d'utilisation et le surprovisionnement, ont contribué à étendre la durée de vie des SSD, bien que susceptibles d'engendrer des pertes d'efficacité.
Les disques durs reposent sur une conception mécanique complexe pour stocker et récupérer les données. Au cœur de chacun d'eux se trouvent des plateaux en rotation rapide, recouverts d'un matériau magnétique. Tournant à des vitesses élevées, ces plateaux permettent d'écrire et de lire efficacement les données. Celles-ci sont enregistrées à la surface des plateaux à l'aide de têtes magnétiques, fixées à un bras actionneur en mouvement. Ce bras se déplace avec une précision nanométrique, positionnant les têtes pour l'écriture et la lecture des données sur des pistes spécifiques des plateaux.
Contrairement aux SSD, qui dépendent de charges électriques, les disques durs utilisent la technologie d'enregistrement magnétique qui ne se dégrade pas au fil des écritures, garantissant une plus grande durée de vie. Bien que les composants mobiles introduisent une certaine latence physique, la conception reste d'une grande fiabilité. Grâce à l'enregistrement magnétique, les données sont préservées des problèmes d'usure liés aux cellules NAND. Les disques durs sont donc plus adaptés pour le stockage de données à grande échelle qui privilégie la capacité à la vitesse.
Rien d'étonnant donc à ce que les centres de données modernes utilisent souvent les deux technologies. Les SSD gèrent les tâches exigeant un accès rapide et aléatoire, tandis que les disques durs stockent de grandes quantités de données à un coût abordable. Les deux se complètent parfaitement pour répondre aux différents besoins du monde moderne.
La plupart des centres de données combinent les deux technologies, en misant sur leurs points forts. Bien qu'ils soient plus coûteux que les disques durs, les SSD offrent des performances liées à une faible latence essentielles pour les cas à forte demande. Ils constituent le choix idéal pour les applications requérant des temps de réponse rapides, telles que les transactions à haute fréquence, les analyses en temps réel et le streaming.
En comparaison, les disques durs conviennent particulièrement au stockage de données à grande échelle, boosté par une croissance rapide du cloud computing se chiffrant en exaoctets. Dans les plus grands centres de données du monde, les disques durs stockent près de 90 % des données en raison de leur rentabilité, de leur évolutivité et de leur durabilité inégalées. Les innovations de Seagate en matière de densité surfacique confèrent aux disques durs un avantage coût/To de 6:1, crucial pour les organisations centrées sur la gestion des coûts d'acquisition et le coût total de possession.
En utilisant des SSD pour les applications critiques, et des disques durs pour les grands volumes de données nécessitant moins de rapidité, les centres de données parviennent à optimiser efficacement coûts et performances. Cette association offre une solution flexible et économique.
La grande majorité des données d'entreprise relèvent de charges de travail générales qui privilégient la capacité à la vitesse : analyses, services de fichiers, sauvegarde et stockage d'objets. Avec leur faible coût par To et leur longévité, les disques durs y sont parfaitement adaptés. Pour les exemples d'utilisation nécessitant un accès rapide aux données et une faible latence, comme les simulations scientifiques et financières, le rendu graphique en temps réel et les bases de données transactionnelles, la proportion de données d'entreprise est sensiblement inférieure. La mémoire Flash excelle dans ces scénarios plus spécialisés et très performants. Pour optimiser le coût total de possession lors d'un déploiement à grande échelle, il convient d'adapter le support de stockage à ses exigences spécifiques en charge de travail.
Pour les entreprises et les fournisseurs de services cloud, le contrôle des dépenses d'investissement est une priorité constante. Les disques durs constituent une solution économique, avec des coûts d'acquisition sensiblement plus faibles que ceux des SSD. Ils sont donc parfaits pour les déploiements à grande échelle, où la capacité prime sur tout le reste. Les disques durs offrent également un coût total de possession plus faible. Leur avantage en termes de coût par To permet aux organisations d'augmenter la capacité à moindre coût tout en réduisant les dépenses d'exploitation à long terme. Outre ces avantages, l'efficacité de fabrication unique du secteur des disques durs, jusqu'à neuf fois plus rentable en termes de dépenses d'investissement que la production NAND, permet de produire bien plus d'exaoctets pour un coût largement inférieur aux dépenses induites par le secteur NAND. En soutenant la croissance continue des centres de données d'entreprise, en périphérie et dans le cloud, cette efficacité est essentielle. Sans elle, les centres de données ne pourraient pas répondre aux demandes de stockage de masse de manière fiable et abordable. Résultat : les disques durs permettent aux centres de données d'optimiser leurs budgets en dépenses d'investissement sans sacrifier l'évolutivité ou la durabilité de leur infrastructure. Cet avantage est particulièrement utile pour les entreprises qui doivent trouver un équilibre entre croissance et contraintes budgétaires, car les disques durs peuvent fournir un stockage de masse évolutif sans les coûts prohibitifs des SSD.
Cette rentabilité des dépenses d'investissement assure une chaîne logistique plus cohérente. En s'appuyant sur des lignes de production établies et sur des économies d'échelle, les fabricants peuvent produire de plus grands volumes de disques durs à moindre coût, fournissant ainsi aux centres de données la capacité dont ils ont besoin pour gérer la croissance exponentielle des données. Cette évolutivité est un atout de taille pour les entreprises qui souhaitent étendre leur capacité de stockage tout en maîtrisant leurs coûts, plaçant ainsi les disques durs au centre de leurs stratégies à court et à long terme.
La durabilité joue un rôle d'autant plus important que les centres de données consomment une partie non négligeable de l'énergie mondiale, contribuant aux émissions de carbone. En consommant 75 % d'énergie en fonctionnement par téraoctet en moins par rapport aux SSD et en générant dix fois moins d'émissions carbone, les disques durs contribuent à atténuer ces impacts. La faible consommation d'énergie réduit directement les dépenses d'exploitation et l'impact environnemental, tandis que la réduction des émissions de carbone s'aligne sur les objectifs de durabilité à long terme.
Les disques durs et les SSD continuent d'apporter leurs atouts uniques dans différents environnements de stockage, des grands centres de données dans le cloud aux appareils personnels compacts. Leurs technologies différentes façonnent leur manière de gérer la capacité, les performances et la durabilité, les rendant mieux adaptés à des cas d'utilisation et à des applications spécifiques. Le tableau ci-dessous récapitule ces principales caractéristiques en montrant où et comment ces deux technologies sont utilisées.
Disques durs | SSD | |||||
Technologie d'enregistrement | Écrit magnétiquement les données sur des disques en rotation | Écrit les données électroniquement sur les cellules de cartes de circuit imprimé | ||||
Exemple d'utilisation principal | Centres de données cloud et en périphérie à grande échelle | Centres de données en périphérie et points de terminaison/clients (dont les PC, les PC portables, les tablettes, les téléphones) | ||||
Principales charges de travail | Analyse, services de fichiers, stockage d'objets Gestion de documents, hébergement Web, conservation des données de l'IA, stockage secondaire, archivage actif, sauvegarde et protection des données | E-commerce, VDI, jeux, CRM/ERP/CMS, base de données, entraînement AI/ML, rendu graphique en temps réel, simulations financières et scientifiques [ajouter des exemples d'utilisation en périphérie/point de terminaison] | ||||
Exigence de transfert de données | Temps nominal | Temps réel et ultrarapide | ||||
Environnement de stockage | Cloud (grand centre de données) | Périphérie (petite entreprise) | Point de terminaison (PC/portable, tablette, téléphone) | Cloud (grand centre de données) | Périphérie (petite entreprise) | Point de terminaison (PC/portable, tablette, téléphone) |
Évolutivité | Exaoctet | Pétaoctet-téraoctet | Téraoctet | > 500 To, pétaoctet | 50 à 500 To, téraoctet | 2 à 50 To, téraoctet |
Exemples d'utilisation | Stockage S3, analyses, protection des données | Services de fichiers, archivage actif, protection des données | Sauvegarde | E-commerce, simulations financières et scientifiques | Base de données, rendu graphique en temps réel | Jeux |
Stockage de masse | +++ | +/- | --- | +/- | +/- | +++ |
Coût total de possession | +++ | +++ | +/- | --- | +/- | +++ |
Évolutivité | +++ | +++ | --- | --- | +/- | +++ |
Performances | +++ | +/- | --- | +++ | +++ | +++ |
Endurance et durabilité des données | +++ | +++ | s.o | --- | +/- | +++ |
Durabilité (impact sur le cycle de vie) | +++ | +++ | +++ | --- | --- | --- |
Consommation | +++ | +/- | --- | --- | +/- | +++ |
$/To | +++ | +++ | --- | --- | -/+ | +++ |
+++ = choix de produit recommandé
+/- = choix de produit reposant sur les cas d'utilisation et les capacités
--- = choix de produit ou cas d'utilisation non privilégiés
Performance = lecture/écriture combinées et IOPS
* Analyse Seagate du rapport IDC Worldwide Global StorageSphere Forecast 2024-2028 ; juin 2024, IDC #US52312824.
Les disques durs et les SSD sont des technologies de stockage essentielles reposant sur des méthodes de lecture et d'écriture des données fondamentalement différentes. Les SSD offrent des performances élevées et à faible latence, ce qui en fait les disques idéaux pour les applications requérant un accès rapide aux données et un traitement rapide. En conjuguant rentabilité, densité surfacique élevée et durabilité, les disques durs permettent aux entreprises de répondre à leurs besoins en données immédiats mais aussi futurs, offrant un équilibre que les SSD ne peuvent pas atteindre à des niveaux similaires.