Pourquoi un SSD est plus rapide qu’un disque dur ?

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Voici le nouveau Quicky, on parlera cette fois de stockage, et plus particulièrement des SSD. Pourquoi sont-ils rapides ?

Difficulté : Avancé

Le SSD :

Déjà qu’est ce qu’un SSD ? Un SSD, de son nom complet Solid State Drive est une unité de stockage, au même titre qu’un disque dur (HDD, pour Hard Drive Disk). Il est donc là pour stocker plus ou moins durablement des informations, et ce, sans avoir besoin d’être constamment alimenté.

ssd-vs-hdd

Cependant, il diffère du disque dur par la manière de stocker. Un disque dur est mécanique : il utilise des plateaux de disques magnétiques, et des têtes de lecture et d’écriture pour lire et écrire sur ces disques. Un SSD a un fonctionnement tout autre : le stockage est effectué par des puces mémoires de type NAND Flash. Ces puces mémoires sont dirigées par un contrôleur, qui va s’occuper des transferts. En fait, le principe colle beaucoup avec celui des clés USB, si ce n’est que c’est bien plus rapide.

Rapidité : Quésako ?

Et là, on peut commencer à se poser la question : pourquoi un SSD est plus rapide qu’un HDD ? La réponse peut sembler évidente : « Hey mais tu as vu les specs ? Plus de 500 Mo/s de débits alors qu’un disque dur n’est pas capable d’atteindre les 200 Mo/s ». Et bien ce n’est pas si évident que cela.

En effet, certains ne connaissaient pas trop les SSD à cette époque là, mais les premiers avaient des débits assez pitoyables : tout juste une centaine de Mo/s en lecture et à peine 50 Mo/s en écriture, soit bien moins que les disques durs. Mais ils restaient plus rapides. Un peu plus récemment, le X25V d’Intel (en 2010) était une référence de rapport perf/prix et affichait 170 Mo/s en lecture séquentielle et 35 Mo/s en écriture. Et à l’époque, avoir une capacité de 40 Go pour 130 € c’était assez exceptionnel.

Intel SSDSA2M040G2GC X25-V (1003127.1)

Mais bref, vous l’aurez compris : les spécifications techniques ne sont pas synonymes de rapidité. Mais alors qu’est-ce que la rapidité d’une unité de stockage au sens large ? Nous allons lui donner cette signification : c’est la vitesse à laquelle il manipule les fichier. Quand on dit manipuler, c’est les créer, les modifier, les supprimer ou encore les lire. Et selon le fichier, l’unité de stockage n’aura pas le même comportement, et donc pas les même performances.

Typiquement, les performances d’une unité de stockage ne seront pas les même selon la taille des fichiers manipulés, et ce, à cause d’une caractéristique que l’on a souvent tendance à oublier : le temps d’accès. Le temps d’accès est, comme vous pourrez le voir dans ces prochaines lignes, de loin la caractéristique la plus importante pour les performances d’une unité de stockage. Nous allons voir ça.

Access time

Le temps d’accès est le temps nécessaire à une unité de stockage pour accéder à une donnée. Sur un disque dur c’est le temps que le disque tourne pour que la tête soit placée juste sur la donnée. Un disque dur avec 15 ms de temps d’accès par exemple mettra en moyenne 15 ms pour accéder à un fichier (et c’est uniquement après ces 15 ms que la lecture ou l’écriture commence réellement). Et comme vous pouvez imaginer, les SSD sont bien meilleurs que les HDD dans ce domaine. En effet un HDD 5400 tpm de bonne qualité sera à 15 ms de temps d’accès, contre 10 ms un 7200 TPM, et entre 0,05 et 0,1 ms pour un SSD. Vous voyez l’écart !

Calcul théorique de vitesse :

Nous allons faire des maths (pas compliquées, ne vous inquiétez pas) pour simuler le comportement d’une unité de stockage lors de la lecture d’un fichier. Déjà il nous faut son débit séquentiel (en lecture si on veut lire et en écriture si on veut écrire) ainsi que son temps d’accès. Nous allons voir à quelle vitesse une unité de stockage (SSD ou HDD) parviendra à réaliser une action.

Nous allons regarder le comportement de trois unités de stockage hypothétiques sur des fichiers de différentes tailles. Que ce soit en lecture et en écriture, le temps nécessaire pour une action est la somme du temps pour accéder à la donnée et du temps d’interaction avec la donnée.

Prenons un exemple avec :

  • un hypothétique disque dur 7200 TPM avec 150 Mo/s de débits séquentiel en écriture et 15 ms de temps d’accès
  • un SSD ancien avec seulement 50 Mo/s de débit d’écriture et 0,1 ms de temps d’accès
  • un SSD récent avec un débit de 500 Mo/s et un access time de 0,1 ms également.

Hobbit 3

Commençons avec des gros fichiers (environ 150 Mo). Ce que nous appelons gros fichiers (>100 Mo) sont typiquement des films :

  • Le disque dur met 15 ms (0,015 s) pour accéder à la donnée et 1 s à l’écrire (car lire 150 Mo avec un débit de 150 Mo/s prend une seconde ^^). Pour notre action, il aura mis 1,010 s.
  • Le vieux SSD met 0,1 ms (0,0001 s) pour accéder à la donnée et 3 s pour l’écrire (car 150 Mo / 50Mo/s = 3 s), soit un temps total de 3,0001 s
  • Le SSD récent met 0,1 ms pour accéder au fichier et 0,3 s pour l’écrire (car 150 Mo / 500Mo/s = 0,3 s), soit un total de 0,3001 s

Dans cet exemple, le disque dur est donc plus rapide que le vieil SSD. Dans notre action, il aura eu un débit réel de 150Mo/ 1,015s = 147,78 Mo/s. Le vieux SSD quand à lui aura eu un débit réel de 150Mo/3,0001s = 49,998 Mo/s. Tandis que le SSD récent a eu un débit de 150Mo/0,3001s = 499,83 Mo/s.

Bien évidemment, le SSD récent s’en sort mieux que les deux autres, mais si on ne s’occupe que du vieux SSD et du disque dur, ce dernier s’en est plus efficace, grâce à son débit séquentiel supérieur.

DJ

Mais regardons maintenant sur un fichier de 1 Mo (cet ordre de grandeur, entre 1 et 100 Mo, est souvent utilisé pour des fichiers musicaux) :

  • Le disque dur met toujours 15 ms pour accéder à la donnée et 6,66 ms à l’écrire. Au total, il aura mis 21,66 ms.
  • Le vieux SSD met 0,1 ms pour accéder à la donnée et 20 ms pour l’écrire, soit un temps total de 20,1 ms
  • Le SSD récent met 0,1 ms pour accéder au fichier et 2 ms pour l’écrire, soit un total de 2,1 ms

Si on calcule les débits, cela fait 1Mo/21,66ms = 46,16 Mo/s pour le disque dur, contre 1Mo/20,1ms = 49,75 Mo/s et 1Mo/2,1 ms = 476,19 Mo/s.

On voit ici que le SSD récent dépasse toujours les autres de loin. Le vieux SSD est passé devant le disque dur, malgré son débit séquentiel 3 fois inférieur. Pourquoi ? Grâce à son temps d’accès, bien plus faible. En effet dans le cas du disque dur, dans cet exemple il aura mis plus de temps pour atteindre la donnée que pour interagir avec elle, diminuant ainsi son débit effectif.

system32

Bon et maintenant essayons avec des petits fichiers, de 10 Ko par exemple :

  • Le disque dur met toujours 15 ms pour accéder à la donnée et 0,066 ms à l’écrire. Au total, il aura mis 15,066 ms.
  • Le vieux SSD met 0,1 ms pour accéder à la donnée et 0,2 ms pour l’écrire, soit un temps total de 0,3 ms
  • Le SSD récent met 0,1 ms pour accéder au fichier et 0,02 s pour l’écrire, soit un total de 0,12 ms

Du côté des débits, le disque dur s’effondre, car 10 Ko en 15,066 ms fait 664 Ko/s, contre 33 Mo/s pour le vieux SSD contre 83,33 Mo/s pour le SSD récent.

Concrètement, on voit ici que peu importe (ou presque) le débit de lecture, celle-ci est quasi instantanée étant donnée la taille du fichier. Par contre, le temps d’accès prend une proportion énorme par rapport à la lecture quasi instantanée du fichier. Ainsi, le disque dur va s’effondrer à quelques centaines de Ko/s tandis que les SSD restent à plusieurs dizaines de Mo/s.

Moralité :

Au final, vous l’aurez compris, plus les fichiers sont petits, plus le temps d’accès est primordial dans les performances. Et la plupart des logiciels, et surtout des systèmes d’exploitation, sont composés d’une myriade de petits fichiers. Ainsi, les SSD, neufs ou plus anciens sont de loin plus performants dans ces conditions, grâce à leur temps d’accès très faibles. Car, comme on l’a vu, un temps d’accès faible permet de traiter très rapidement les petits fichiers par rapport à un disque avec une latence bien plus grande, et ce quelque soit les débits séquentiels.

Dans les jeux, le constat est moins flagrant, car il y a également beaucoup de petits fichiers, mais également des gros fichiers de texture, pour lesquelles il n’y a pas un écart flagrant entre disque dur et SSD.

Bien sûr, les chiffres que l’on a sorti ne sont pas des mesures mais des chiffres théoriques issus de calculs simplifiés. Mais ils donnent une idée du comportement global d’une unité de stockage en fonction de la taille des fichiers manipulés.

Vive les ssd OS

Moralité de toute cette histoire : pour un disque système, les débits séquentiels importent peu au final, regardez surtout les performances sur les petits fichiers, ce qui dépend énormément du temps d’accès. De plus, les fichiers, même gros, fragmentés en petits fichiers, se comportent comme des petits fichiers. Donc des performances en très forte baisse pour le disque dur, tandis que le SSD s’en sort bien mieux. D’où l’absolue nécessité de défragmenter le disque dur, tandis qu’un SSD n’en a pas forcément besoin.

Donc si vous utilisez un SSD comme disque système, dîtes-vous que vous l’avez plus acheté pour ses 0,1 ms d’access time (voir des fois moins) que pour ses 500 Mo/s de débits séquentiels, lecture ou écriture.

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The wolfgeekosaBoveCtrlfixPhilippe LEMOINE Auteurs de commentaires récents
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The wolf
Invité
The wolf

Quelle est la durée de vie d’un SSD ?

Bove
Invité
Bove

Bonjour très bon article ! Je ne comprends pas bien une chose, vous dites que pour les différentes tailles de fichiers vous faites un test en écriture. Pourtant vous dites « •Le disque dur met 15 ms (0,015 s) pour accéder à la donnée » Si la donnée n’est pas encore écrite, je ne vois pas vraiment comment y accéder… Ne serait-ce pas plus juste de dire  » •Le disque dur met 15 ms (0,015 s) pour accéder « à l’endroit de stockage » ? Ou peut-être que je n’ai rien compris… Sinon une petite erreur de calcul pour « car 10 Ko en 15,066… Lire la suite »

dreambox
Membre
dreambox

Bonjour, je m’adresse à l’auteur de cette analyse @geekosa

Je me suis permis de reproduire ce message sur mon site

Si tu y vois un inconvénient, il sera supprimer

Sincères Salutations

DREAMBOX

Ctrlfix
Editor

Salut Philippe,

tu peux faire un résumé avec la source affiché en évidence, mais en aucun cas une copie.
Merci par avance.

Admin OMF

GoodWhiteGod
Membre
GoodWhiteGod

Dès que j'ai pu acquérir mon 1er SSD… J'en ai commandé direct 4 autres pour mes autres machines ! ^^'
INDISPENSABLE !

ASSOUS
Invité

THANKS FOR YOUR ARTICLE

j0ck3rfab
Invité
j0ck3rfab

Au moins, on peut dire que vous savez expliquer les choses clairement.
Continuez comme ça, c’est un plaisir de lire vos Quickys, en plus d’être instructif
;-)

thecoco
Membre
thecoco

merci pour cette article

sine
Membre
sine

merci pour l’article, bien détaillé!

jackpot755
Membre
jackpot755

Enfin des chiffres de comparaison impressionnant

Sog3k
Membre
Sog3k

Super intéressant merci

petitcoeur13
Membre
petitcoeur13

je gardes quand même une préférence pour le disque dur

greg4g
Invité
greg4g

très intéressant merci. ça permet au gens qui ne connaissent pas de comprendre

Nicoty78
Membre
Nicoty78

Merci :D maintenant j’ai bien compris comment le SSD se débrouille mieux qu’un HDD à plateaux

Rusty
Membre
Rusty

Intéressant

mat4043
Membre

je me doutais pourquoi il était plus rapide qu’un disque classique, mais au moins maintenant je comprend le pourquoi !

belenosespltd
Membre
belenosespltd

tres bon article .

soldnergeek
Membre
soldnergeek

Je suis un néophyte dans le domaine de l’informatique, mais j’avais déjà entendu parlé de ces 2 moyens de stockage. Je ne savais pas trop la différence, mais malgré que je n’ai pas tout compris j’ai appris quelques choses quand même donc c’est une bonne nouvelle. Merci

manowar
Membre
manowar

Tout parait plus clair d’un coup ;)

Mister-Dzen
Membre
Mister-Dzen

Article sympa, complet :)

scimm
Membre
scimm

Merci pour l’article! vraiment intéressant. j’aimerais voir plus d’articles dans le genre ;)

ThePowerOfGun
Membre
ThePowerOfGun

très intéressent c’est vrai que moi je voyais le ssd juste pour son débit séquentiel et non pour ça vitesse d’accès et je pensais que 240go c’était assez faible comme stockage et qu’il fallait minimum 500go mais au final 240go c’est suffisant je pense mais il faut quand même un hdd pour les jeux et les fichiers et favoriser le ssd pour les logiciel et bien sur l’os.

dorian6255
Membre
dorian6255

ah cool , depuis longtemp que jme pose la question ^^

wxcvbn
Invité
wxcvbn

article interessant

Lugrim
Membre
Lugrim

Bon guide, voilà qui va casser mes préjugés sur « les SSD c’est trop instable » !

Voriaz
Membre
Voriaz

moi je trouve vraiment sympa ce type de dossier ça permet d’y voir plus clair le tout assez rapidement !!

lbihan
Membre
lbihan

Très bon article , je crois que je ne vais pas m’arrêter la !

CometteMS
Membre
CometteMS

Excellent « Quickie ». On comprend rapidement l’avantage des SSD sans tous savoir dans les détails. Bref, un article efficace.

CometteMS
Membre
CometteMS

Excellent « Quickie », permet de comprendre rapidement l’avantage des SSD sans rentrer dans les détails pouvant être chiants et incompréhensibles. Bref, superbe article.

greg4g
Invité
greg4g

tres bon article surtout pour ceux qui n’y connaissent pas grand choses merci

Bloop
Membre
Bloop

Petite erreur d’inattention, dans le premier exemple :
Le disque dur met 15 ms (0,015 s) pour accéder à la donnée et 1 s à la « lire » => écrire