Les différents types de mémoire flash NAND.

Les disques SSD sont basés sur des puces de mémoire flash de type NAND. On retrouve aussi ces puces dans les smartphones, tablettes, ainsi que dans la plupart des appareils numériques, comme les liseuses ou les enregistreurs numériques.

Il existe différents types de mémoires NAND, certaines sont en 2D (sur un seul niveau) mais la plupart sont maintenant 3D et consistent en un empilement de différentes couches, comme nous l’expliquons dans notre article sur ce sujet.

SLC, MLC, TLC et QLC…

Que celle-ci soit 2D ou 3D, on retrouve différents types de NAND:

  • SLC (Single Level Cell) — un bit par cellule
  • MLC (Multi-Level Cell) — deux bits par cellule
  • TLC (Triple Level Cell) — trois bits par cellule
  • QLC (Quad Level Cell) — quatres bits par cellule
Différents types de NAND.

Comme on le voit sur cette image, une même cellule peut contenir plus de données en MLC qu’en SLC, et plus encore en TLC et QLC. Mais cela a un coùt: la même cellule est plus solicitée en MLC qu’en SLC, et donc encore plus solicitée en TLC ou QLC.

En effet plus elle stocke d’états possibles, plus son état est succéptible d’être lu ou écrit, ce qui peut créer une usure plus rapide. Au débuts des SSDs, ceux-ci étaient uniquement en SLC, ce qui leur conférait une bonne endurance mais une faible capacité de stockage, à un coùt élevé. Le fait de passer en MLC puis TLC, et parfois QLC a permi de rendre le SSD plus accessible à toutes les bourses.

TLC ou QLC = faible durée de vie?

Il y a quelques années, il semblait clairement préférable de favoriser un disque SSD avec un vrai cache en pur SLC et des puces en MLC. Maintenant, la TLC a fait ses preuves, et les constructeurs garantissent leurs disques pour plusieurs centaines de TO écrits, et les puces sont capables de dépasser largement ces indications, qui visent à mettre une limite à la garantie. Bien souvent, quand un SSD lache – même en TLC – le problème n’est pas la NAND!

Les données indicatives données par les constructeurs sur la capacités d’écriture / lecture de leurs puces sont exprimées par deux acronymes issus de l’anglais:

  • Le TBW (TeraByte Written) donné en téraoctets (TO, ou TB), quit correspond au volume maximum de données pouvant être écrites sur un SSD durant sa vie de fonctionnement. Ce n’est donc pas la capacité de stockage maximal, mais un chiffre prennant en compte le maximum de données écrites (puis éffacées, transférées, etc.) durant toute la vie du produit.
  • Le MTBF (Mean Time Before Failure) est pour sa part un nombre d’heures. Il correspond à un certain nombre d’heures de fonctionnement, généralement compté en millions d’heures: plus d’une centaint d’années pour un usage courrant!

Des tests effectués sur différents modèles avaient montré que les SSDs tenaient bien plus que ce qui était officiellement annoncé par les constructeurs, Samsung était alors un clair leader dans ce domaine. Il semble probable que le constructeur coréen le soit resté: de nombreuses personnes utilisent des EVO 860 (en TLC) en datacenter comme disques de cache – alors que ces disques ne sont clairement pas prévus pour – sans avoir avec ces disques un taux de panne beaucoup plus élevé qu’avec des disques spécifiques, en SLC et bien plus chers!

Pour le grand public, il ne faut pas s’inquiéter: MLC ou TLC, le disque devrait durer de nombreuses années sans que la NAND ne soit à la base d’une panne du disque. Il est d’ailleurs possible, grace au SMART de suivre l’usage de son disque en écriture, si l’on veut s’assurer qu’il « reste de la marge ».

Dans tous les cas il est important de conserver une sauvegarde de ses documents importants, sur un support externe chez soi et/ou sur un serveur de stockage ou sur un disque chiffré laissé chez des amis, pour prévoir tout risque d’incendie. Un disque dur d’occation (récupéré lors d’un passage au SSD?) dans un boitier USB peut pour cela parfaitement faire l’affaire: SSD ou pas, une panne peut toujours arriver, le SSD n’est pas l’arme ultime contre la perte de donnée, même si un SSD de bonne qualité est d’une grande fiabilité et devrait pouvoir durer plus d’une dizaine d’année sans problèmes particuliers.

QLC vs TLC

La mémoire QLC est pour sa part spécifique: une fois hors du cache les accés peuvent s’avérer plus lents qu’en TLC. A mon sens à l’heure actuelle (2021) les disques QLC sont à réserver pour un usage de stockage de préférence, en remplacement d’un disque mécanique. Il faut néanmoins garder à l’esprit que le disque dur mécanique reste très bon pour du stockage, cas dans lequel la rapidité des temps d’accés du SSD n’est pas nécessaire; et ce plus encore si le disque n’est pas dans une machine alimentée en permanence, les disques mécaniques permettant de garantir l’intégrité des données plus longtemps quand le disque reste deconnecté.

Il y a néanmoins de très bons NVMe dotés de puces en QLC, le QLC n’est pas nécessairemnt rébarbatif, même si pour un usage sévère (disque de cache, base de donnée) – comme pour un petit disque système en SATA – on préférera une mémoire Flash en MLC ou en TLC.

Mémoires Flash NAND 3D de chez Hynix
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