Depuis les débuts de l’informatique, les concepteurs des ordinateurs n’ont eu de cesse de trouver le meilleur compromis entre performance et prix des mémoires Cela pour assurer des fonctions très différentes, de celles très proches du processeur – les registres et le cache – jusqu’à la l’archivage où c’est la capacité qui est prioritaire. Dans cette hiérarchie des mémoires informatiques, les plus rapides sont les plus proches du processeur et les plus coûteuses, les plus lentes sont les moins coûteuses et sont éloignées du processeur.
Sachant que cette hiérarchie est en perpétuelle évolution avec une amélioration continue des différentes caractéristiques, amélioration des performances et des capacités, baisse des prix. Les coûts varient entre les niveaux. Ainsi, en 2012, un Go de mémoire de disque dur coûtait 0,06 € comparativement à 5 € pour un Go de mémoire RAM de type DRAM. Les couts des mémoires diminuent aussi rapidement dans le temps. Le coût d’un Go de mémoire de disque dur a chuté de 0,6 € en 2005 à 0.06 € en 2012 soit une diminution d’un facteur 10. Dans le même temps, le coût d’un Go de mémoire RAM de type DRAM a chuté de 200 € à 5 €, une réduction d’un facteur 40.
Tegile, un startup du stockage à croissance rapide
Créé en 2010 par des anciens du monde du stockage, Tegile emploie près de 400 salariés et a levé près de 120 M$ de sociétés de capital risque comme August Capital ou Meritech Partners mais aussi d’acteurs du marché comme SanDisk et Western Digital. La société devrait approcher les 2000 unités de stockage installées à la fin de l’année.
Pendant des années, l’archivage était pris en charge par des systèmes à bandes tandis que le stockage de masse était assuré par des disques magnétiques. Les bandes magnétiques ont d’ailleurs été mises en rebut un peu trop tôt. Le collisionneur du CERN a utilisé ce média pour stocker l’ensemble des données issue des collisions de particules sont stockées sur des bandes magnétiques (J’ai la mémoire qui flanche !). Frédéric Hemmer, chef du département des technologies de l’information du CERN, qui précise qu’actuellement le système comprend 50 000 bandes magnétiques, rappelle les avantages ce type de support : « il ne consomme pas d’électricité lorsqu’il n’est pas utilisé, il est fiable (environ mille fois plus que les disques magnétiques) et il n’est pas sensible au choc ».
L’arrivée des mémoires est en train de changer cet équilibre. Et dans cette nouvelle catégorie de stockage, il existe également des différents niveaux de performance/prix. Le fournisseur de solution de backup Tegile entend jouer parfaitement de ces différentes mémoires pour trouver le meilleur compromis et proposer un système de stockage de sauvegarde optimal. Elle propose une plate-forme unique qui peut évoluer d’une solution hybride mixant disques magnétiques et électroniques vers une solution 100 % Flash, cela avec le même système d’exploitation, les mêmes fonctionnalités et la même expérience utilisateur. Tout en ayant conçu l’architecture de ce système pour les mémoires flash.
Dans les solutions qu’elle propose, la startup organise ses systèmes en quatre niveaux – standard data, hot data, Metadata et Metadata Indexes – pour lesquels elle alloue les mémoires les mieux adaptées alors que les principaux concurrents ne font le distinguo qu’entre data et metadata. Avec un rapport en termes de prix qui va grosso modo de 1 à 10. L’occasion de faire un point sur les différents types de mémoires.
Des moins rapides aux plus rapides
- Standard data
Pour les données dites standard, Tegile utilise des disques SAS & NL-SAS HDD et les mémoires NAND MLC & TLC.
SAS & NL-SAS HDD
Les disques durs utilisés pour les données les moins critiques (Standard data) sont des Serial Attached SCSI (SAS) ou Near Line SAS (NL-SAS). Auparavant, il y avait l’IDE (Integrated Drive Electronics) pour les PC grand public et le SCSI pour les applications professionnelles. Ces deux interfaces parallèles étaient assez différentes : si la première permettait de connecter deux disques (durs ou optiques) par port, la seconde faisait appel à un protocole plus complexe et permettait de connecter non seulement les disques durs professionnels, mais aussi d’autres périphériques comme des scanners par exemple. L’IDE a depuis été remplacé par le SATA (Serial ATA), une interface série autorisant la connexion d’autant de lecteurs qu’il y a de ports.
Aujourd’hui, Le SCSI a été remplacé par le SAS (Serial Attached SCSI), qui fonctionne en mode série comme le SATA, mais offre, tant sur le plan de l’infrastructure que des lecteurs proprement dits, un certain nombre de fonctions pour les environnements professionnels, à commencer par la prise en charge des disques SATA sur les contrôleurs SAS.
Les disques SAS offre un niveau de sécurité d’un ordre de magnitude supérieur aux disques NL-SAS et SATA. Ce niveau d’erreur est mesuré par le BER (bit error rate). Avec les disques SAS, le BER est de l’ordre de 10^16 autrement dit, une erreur sur un bit apparait toutes les 10 millions de milliards de bits. Donc pas très fréquemment. Par comparaison, un disque SATA, c’est 10^15, donc dix fois plus souvent.
Le NF-SAS est un peu plus récent et se situe entre le SAS et le SATA : en gros, un disque SATA avec un connecteur SAS.
MLC & TLC NAND
Les disques électroniques utilisent des mémoires de type flash NAND. Rappelons que les mémoires Flash sont de 2 types : NOR et NAND. La mémoire flash est un type d’EEPROM qui permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération. La mémoire flash est donc plus rapide lorsque le système doit écrire à plusieurs endroits en même temps. Les mémoires Flash NOR ont été inventées par Fujio Masuoka, un salarié de Toshiba. Elles ont commercialisées par Intel en 1988. Les mémoires ont suivi peu après et ont été commercialisées par Toshiba. Cette mémoire est plus rapide à l’effacement et à l’écriture, offre une plus grande densité et un coût moins important par bit. Toutefois son interface d’entrée / sortie n’autorise que l’accès séquentiel.
Les mémoires NAND se déclinent en trois types : SLC, MLC et TLC. Une cellule mono-niveau (SLC, single-level cell cell en anglais) NAND peut exister sous deux états électriques différents : Elle permet donc le stockage d’un seul bit d’information. Les SLC (Single Level Cell) offrent un haut de niveau de lecture/écriture (entre 90 000 et 10 0000, un faible consummation, un coût élevé. Les NAND sont adaptées pour les applications critiques et les systems embarqués. Les mémoires flash MLC (Multi Level Cell) NAND possèdent des cellules pouvant exister sous quatre états différents, de manière à pouvoir stocker deux bits d’information par cellule. Le principal avantage des mémoires flash MLC sont leur faible coût par unité de stockage du à une plus grande densité de données, et les logiciels de lecture de mémoire peuvent compenser un taux d’erreur plus important. Les eMLC (Enterprise Multi Level Cell) constitue une variante orientée entreprise. Samsung a aussi lancé un type de NAND qui stocke trois bits d’information par cellule, avec un total de huit états de voltage (2 puissance 3). Cette technologie est appelée cellule triple-niveaux (TLC, Triple Level Cell) et est apparue pour la première fois dans la série de SSD 840 EVO.
Les mémoires SLC sont les plus rapides, les plus fiables et les plus chères. Les mémoires MLC et TLC sont utilisées pour des applications grands publics sachant que les MLC offre une meilleure résistance.
- Hot data
Les données critiques sont gérées par des mémoires NAND MLC SAS et les mémoires NAND TLC à haute endurance.
MLC SAS NAND
Les mémoires NAND SAS offrent donc une interface SAS. Le disque dur ULtrastar SSD800MM Entreprise SSD a été le premier a offrir une interface SAS a 12Gbit/s. Il a été co-développé par Intel et HGST dans une technologie 25 nm. Rappelons que HGST résulte de la fusion en 2003 de l’activité stockage d’Hitachi et disques durs d’IBM. En juin 2011, HGST a été racheté par Western Digital pour 4,3 milliards de dollars.
- Metadata
Les métadonnées des systèmes Tegile sont stockées sur des données MLC SAS NAND (comme pour les Hot data) et NVMe NAND.
Les mémoires NAND NVMe sont, comme leur appellation l’indique, des mémoires NAND qui supporte la nouvelle interface NVMe, développée pour les médias électroniques non volatiles. Plutôt que de remplacer les interfaces SATA et SAS, l’interface vise à proposer une connexion la plus adaptée au Bus PCI-Express, notamment en matière de latence et de bande passante.
- Metadata Indexes
Dans la solution de stockage Tegile, DRAM, NVRAM et 3D X-Point sont les mémoires utilisées, les plus rapides.
DRAM & NVRAM
DRAM
La mémoire vive dynamique (en anglais DRAM pour Dynamic Random Access Memory) est un type de mémoire vive compacte et peu consommatrice. La simplicité structurelle de la DRAM – un pico-condensateur et un transistor pour un bit – permet d’obtenir une densité élevée. Son inconvénient réside dans les courants de fuite des pico-condensateurs : l’information disparaît à moins que la charge des condensateurs ne soit rafraîchie avec une période de quelques millisecondes. D’où le terme de dynamique. Son point faible : sans alimentation, la DRAM perd ses données, ce qui la range dans la famille des mémoires volatiles.
NVRAM
Les NVRAM pallie cet inconvénient de volatilité : Une mémoire RAM non volatile est une mémoire qui est à la fois une mémoire RAM (qui permet l’accès direct à ses composantes) et une mémoire non volatile (qui ne perd pas les données lorsque l’alimentation électrique est interrompue).
3D X-Point
C’est la plus récente. La mémoire 3D XPoint a été mise au point par Intel et Micron. Intel a présenté ces nouvelles mémoires à l’occasion du dernier Intel Developer Forum qui s’est tenu en août dernier à San Francisco. Intel promet le lancement en 2016 d’une nouvelle gamme de systèmes de stockage présentant des performances très supérieures aux SSD actuels. Les systèmes Intel Optane présentés à l’IDF sont environ 7 fois plus rapides que les SSD. La mémoire 3D XPoint se veut jusqu’à 1000 fois plus rapide que les composants flash NAND classiques.
Mais dans un système, il y a toujours un goulot d’étranglement. Ici, c’est l’interface avec l’ordinateur. L’interface NVMe, qui est actuellement la plus performante, permet de connecter directement de la mémoire non volatile au bus PCI Express d’un ordinateur. Avec des cartes PCI Express 3.0 16x, il est toutefois possible d’atteindre la limite des 15 Go/s.
Parmi les points forts, la mémoire 3D XPoint se veut 1000 fois plus endurante que les puces flash NAND. Par ailleurs, alors que les composants flash affichent un nombre limité de cycles d’écriture, ce n’est pas le cas de la d’3D X-Point d’Intel.
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