Comparaison entre les disques durs conventionnels et les SSD

La semaine dernière, la chronique du courrier des lecteurs avait été inaugurée avec une discussion sur la pérennité des CD et des DVD. Vous pouvez communiquer vos suggestions, commentaires et questions au CHIP en cliquant ici.

Aujourd’hui, cet article comparera des disques durs conventionnels aux modèles utilisant de la mémoire non volatile (SSD). Il sera question de modèles installés à l’intérieur des ordinateurs, pas ceux qui se branchent à l’aide d’un câble USB. Ce sujet a déjà été abordé dans les mots du président de Réjean Côté de janvier et de février 2020.

Le texte actuel présente des résultats d’essais réalisés sur trois ordinateurs différents, deux portables Hewlett-Packard ainsi qu’une tour Dell.

1. Disques durs conventionnels

Un disque dur, Hard Disk Drive (HDD), comprend des plateaux en aluminium, en verre ou en céramique recouverts d’enduit magnétique. Plusieurs têtes de lecture peuvent lire ou écrire l’information de façon binaire (0 et 1) selon l’intensité du champ magnétique enregistré à la surface des disques.

Les vitesses de rotation des disques sont de 4 500, 5 400, 7 200 ou 10 000 tours par minute (tr/min). Le temps de latence (latency) du disque dur dépend de cette vitesse, car il s’agit du temps requis afin que la tête de lecture puisse se localiser vis-à-vis du bon endroit. Ensuite, un temps de positionnement (seek time) est requis par la tête pour se déplacer radialement jusqu’au cylindre à lire.

Dans l’image ci-dessous, vous voyez l’intérieur d’un disque dur comprenant trois plateaux et six têtes de lecture. Normalement, toutes ces pièces sont scellées dans un contenant prévenant la contamination par la poussière. Les têtes de lecture ne touchent pas aux plateaux, car elles les survolent à des distances aussi faibles que 3 nanomètres, soit de l’ordre d’un dixième de millionième de pouce.

En cas d’impact durant l’opération d’un disque dur, une ou plusieurs têtes de lecture peuvent entrer en contact avec les plateaux, ce qui peut causer une défaillance catastrophique, ces derniers pouvant être égratignés et les têtes endommagées.

Les disques durs utilisent des branchements physiques pour communiquer l’information qu’ils contiennent au processeur de l’ordinateur. Historiquement, il y a eu le PATA ou IDE introduit en 1986, l’EIDE (1994) et le SATA (2003). Seule la norme SATA est encore d’actualité. Pour un disque fonctionnant à 7 200 tr/min, le débit théorique est de 160 Mo/s.

Dans les tours, les disques durs sont souvent insérés dans des baies de 3.5 pouces de largeur alors que ceux de 2.5 pouces servent pour les portables.

2. Disques SSD

2.1 Format de 2.5 pouces

Un disque SSD, pour Solid State Drive (SSD), emmagasine son information dans des puces à mémoire flash. Il n’y a aucune pièce mobile à l’intérieur d’un tel disque, comme vous pouvez le constater dans l’image suivante.

Il s’agit d’un disque Samsung de format 2.5 pouces dont l’enveloppe a été ouverte pour montrer les circuits à l’intérieur. L’interface SATA III utilisée ici a un débit théorique de 600 Mo/s avec un protocole de communication AHCI. Ce genre de disque serait donc 3,75 fois plus rapide en débit qu’un disque dur conventionnel avec des temps de latence et de positionnement nuls. Des tests de débit dans des conditions réelles seront présentés à la section 6 et à l’Annexe 2.

Il est possible d’installer des disques au format de 2.5 pouces dans des baies de 3.5 pouces en ajoutant un cadre de montage, vendu séparément, en plastique ou en métal.

2.2 Format M.2

Certains ordinateurs possèdent une fente pouvant contenir un disque SSD au format M.2 (2013) utilisant l’interface SATA III. Il existe plusieurs formats physiques pour le M.2, mais le plus commun est le 2280, c’est-à-dire un circuit faisant 22 mm de largeur sur 80 mm de longueur.

Il est important de mentionner qu’il existe aussi un format M.2 NVMe (2014) incompatible avec le M.2 dont on vient juste de parler. Un M.2 NVMe avec une interface PCIe de génération 3 (2018) produit des débits annoncés par les manufacturiers de 3 500 Mo/s en lecture séquentielle. La génération 4 (2020) du PCIe double ces débits à 7 000 Mo/s.

Les disques NVMe ont donc un débit théorique de 22 à 44 fois plus rapide qu’un disque dur conventionnel, toujours avec des temps de latence et de positionnement nuls. Ces prétentions seront examinées plus loin.

3. Information emmagasinée de façon non binaire

Dans les disques SSD, l’information n’est pas emmagasinée de la même façon que sur un disque dur conventionnel (avec 0 et 1). Les puces de mémoire flash  utilisent des cellules à multi-niveaux (MLC), à triples niveaux (TLC) ou, même, à quadruples niveaux (QLC).

Les cellules MLC stockent deux bits avec quatre niveaux de tension. Elles ont donc quatre états, comme les Samsung 970 PRO. Pour les TLC, il y a trois bits avec huit niveaux de tension, comme les Samsung 870 EVO. Pour les QLC, il y a quatre bits avec seize niveaux de tension, comme les Samsung 870 QVO.

Si le nombre de bits écrits par cellule augmente, la performance du disque diminue : les QLC sont plus lents que les TLC ou les MLC.  Par contre, les prix par gigaoctet pour les disques utilisant une faible densité d’information, comme les MLC, sont plus élevés que ceux avec des TLC et des QLC. La tendance actuelle de l’industrie va vers l’utilisation de disques à triples niveaux, comme les Samsung 980 PRO.

4. Pérennité des SSD

Les cycles répétés d’écriture dégradent éventuellement la vie utile de la mémoire flash utilisée dans les disques SSD. Les cellules MLC ont une vie de seulement 1 000 à 10 000 cycles d’effacement et d’écriture.  Les modèles TLC coupent cette vie de moitié.

Malgré tout, les durées de vie prévues pour les disques SSD sont de plusieurs années, plus que la longévité des ordinateurs sur lesquels ils sont installés.

5. Caractéristiques des microprocesseurs

Trois ordinateurs différents ont été utilisés pour la réalisation de cet article :

• Portable Hewlett-Packard 6730b acheté en 2008;
• Portable Hewlett-Packard Probook 450 G3, de 2017;
• Tour Dell XPS 8930, de 2018.

Les caractéristiques des processeurs inclus dans ces ordinateurs sont présentées à l’Annexe 1, à la fin de cet article.

6. Tests de débit pour les disques HDD et SSD

Voici la liste des disques examinés dans ces tests, regroupés par types et par formats physiques :

• disques durs conventionnels HDD ou hybride SSHD :
  • format 2.5 pouces HDD SATA III :
    • Fujitsu 250 Go 5 400 tr/min;
    • Hitachi 750 Go 7 200 tr/min;
  • format 2.5 pouces SSHD SATA III :
    • Seagate 500 Go 5 400 tr/min (hybride incluant SSD de 8 Go);
  • format 3.5 pouces HDD SATA III :
    • Seagate 2To 7 200 tr/min;
• disques SSD :
  • format 2.5 pouces SATA III :
    • Crucial 480 Go MLC;
  • format M.2 SATA III :
    • Samsung 850 EVO 500 Go TLC;
  • format M.2 NVMe génération 3 :
    • Sk Hynix PC401 256 Go TLC;
    • Samsung 970 PRO 500 Go MLC.

Des tests de lecture et d’écriture ont été réalisés sur ces huit disques avec le logiciel Crystal Disk Mark 8.0.1 utilisé en mode de lecture et d’écriture de fichiers séquentiels.

Sans surprise, les disques durs tournant à 7 200 tr/min transfèrent l’information plus rapidement que ceux opérant à 5 400 tr/min.

Les disques SSD sont de 1,6 à 11,3 fois plus rapides en écriture que les disques durs conventionnels. Les SSD sont entre 2,9 et 16,7 fois plus rapides en lecture que les HDD. Cette dernière valeur est inférieure au nombre de 22 annoncé à la section 2.2 pour un M.2 NVMe de troisième génération, mais il s’agit quand même d’une excellente performance.

Les SSD au format M.2 sont capables de produire en lecture des débits s’approchant des limites théoriques des interfaces SATA III et NMVe.

Les résultats détaillés sont présentés à l’Annexe 2.

7. Un mot au sujet de l’obsolescence

L’obsolescence est un mot douloureux en informatique. Il est choquant de perdre l’utilisation d’un ordinateur chèrement payé parce qu’il n’existe plus de pièces de remplacement ou que les logiciels ne peuvent plus y fonctionner. Il survient parfois des changements technologiques majeurs et irréversibles, comme le passage aux processeurs à 64 bits.

Il est quand même important de souligner qu’il n’est pas toujours nécessaire de posséder des équipements à la fine pointe de la technologie pour pouvoir travailler ou s’amuser avec des ordinateurs. Par exemple, l’ordinateur utilisé pour écrire ces lignes est âgé de 13 ans et il fonctionne sans problème avec la plus récente version de Windows 10.

Il arrive toutefois un point où les logiciels ne fonctionnent plus et c’est parfois en raison de la carte vidéo. Comme il est d’ordinaire impossible de la changer sur les ordinateurs portables, cela peut justifier de changer d’appareil.

Il est important de se rappeler que le CIMBCC récupère, recycle et revend les ordinateurs déposés à l’Écocentre Saint-Bruno. Les fonds générés par cette activité sont redonnés à des organismes communautaires. Il se pourrait donc que vous puissiez trouver des équipements d’occasion adaptés à vos besoins et à vos moyens en communiquant le mercredi, entre 9 h et 16 h 00, au 450-653-2443 poste 5555. Le local où est entreposé l’équipement informatique se trouve au 1595 rue de Montarville à Saint-Bruno. L’équipe présente à cet endroit ne peut pas réparer ou modifier vos ordinateurs.

8. Comparaison entre HDD et SSD

Cet article du site Web Les cahiers du débutant contient des informations qui sont résumées dans le tableau suivant. Quelques informations quant aux prix des disques en vente aujourd’hui sont ajoutées.

Critère	HDD	SSD
Performance en débit maximum	Adéquat pour les gros fichiers	Avantageux pour les petits fichiers
Performance pour le temps d’accès	Lent par rapport au SSD	Temps de latence et de positionnement nuls
Capacité maximale pour disques internes	3.5″ : 10 à 12 To 2.5″ : 1 à 2 To	2.5″ : 4 à 8 To M.2 : 1 à 2 To
Température, bruit et robustesse	Susceptible aux bris lorsque soumis à des chocs mécaniques	Excellente résistance aux chocs, peu énergivore
Prix pour 512 Go	N’est plus vraiment pertinent à 512 Go	2.5″ : 70 à 180 $ M.2 NVMe : 70 à 200 $
Prix pour 2 To	3.5″ : 70 à 140 $ 2.5″ : 100 $	2.5″ : 340 $ M.2 NVMe : 590 $
Utilisation typique	Disque secondaire pour les données	Disque principal avec le système d’exploitation

Les disques SSD de 500 à 512 Go coûtent environ 70 à 200 $ (prix chez Best Buy en janvier 2021). Pour cette même capacité, les disques HDD ne sont même plus dans la course.

Les disques durs conventionnels de 2 To de capacité coûtent de l’ordre de 70 à 140 $. Pour la même quantité de stockage, les disques SSD sont deux à six fois plus chers, mais ils offrent une meilleure performance.

9. Recommandations

9.1 Ordinateur neuf

Si vous achetez un ordinateur neuf, favorisez un modèle avec un SSD comme disque principal pour le système d’exploitation. Cela donne un appareil rapide lors de sa mise en route. D’autre part, considérez aussi vos besoins futurs pour l’installation de logiciels en n’achetant pas un SSD trop petit au départ.

En résumé et en ordre décroissant :

1. favorisez un ordinateur contenant un disque M.2 NMVe;
2. le choix suivant serait celui avec un disque M.2 SATA III;
3. le troisième choix pourrait contenir un SSD SATA III de 2.5 pouces;
4. finalement, les disques durs conventionnels à 7 200 tr/min sont un peu plus rapides que ceux qui opèrent à 5 400 tr/min, mais ils consomment plus d’électricité, ce qui peut être pénalisant pour un ordinateur portable.

Le prix des disques SSD augmente rapidement avec leur capacité maximale. Dans ses spécifications minimales, Microsoft recommande de prévoir 32 Go sur le disque principal pour une installation de leur version 64 bits de Windows 10. Dans un tel contexte, une capacité de 250 Go pourrait être un peu juste à long terme.  Si vous avez le budget et le besoin, un disque de 500 Go n’est pas un luxe. Les SSD avec des cellules à triples niveaux (TLC) sont actuellement en train de prendre le marché.

9.2 Ordinateur existant 

Si votre ordinateur actuel ne contient pas de SSD, le passage d’un disque dur conventionnel à un SSD améliorera la réactivité de votre appareil. Si votre ordinateur peut contenir deux disques ou plus, il est recommandable d’installer un SSD comme disque principal et de garder l’ancien disque dur comme stockage secondaire.

Pour un appareil d’un certain âge, seul un SSD compatible avec l’interface présente sur la carte-mère peut être installé. Les caractéristiques de votre ordinateur doivent donc être examinées avant d’acheter un disque de remplacement. Dans la mesure du possible, les recommandations énoncées pour les ordinateurs neufs de la section précédente peuvent aussi s’appliquer.

Il est aussi possible de changer de disque dur sans nécessairement réinstaller Windows et tous vos logiciels.  Les substitutions de disques sont des opérations relativement simples, mais elles exigent des connaissances techniques.

Un article du 19 août 2019 de Denis Charron nous avait déjà parlé de remplacer un disque dur conventionnel par un SSD. Pour sa part, Michel Côté avait proposé dans un article du 5 mars 2019 de remplacer le lecteur de DVD par un disque dur conventionnel ou un SSD. Si vous ne vous sentez pas à l’aise pour réaliser de telles modifications, veuillez contacter votre Club informatique.

10. Le mot de la fin

Je tiens à remercier Mme Chantal Gosselin de nous avoir suggéré le sujet de cette chronique.

Je suis aussi reconnaissant à MM. Michel Gagné, Sylvain Garneau et Jacques Laliberté pour leurs commentaires et suggestions.

Richard Gervais

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Annexe 1
Caractéristiques des microprocesseurs

Trois ordinateurs différents ont été utilisés pour la réalisation de cet article :

• Portable Hewlett-Packard 6730b;
• Portable Hewlett-Packard Probook 450 G3;
• Tour Dell XPS 8930.

Les processeurs installés dans ces appareils ont été soumis à des tests de vitesse à l’aide du logiciel CPU-Z 1.95 en modes single thread et multi thread. Les microprocesseurs ont les caractéristiques suivantes :

Nom	Famille et date	Lithographie (nm)	Fréquence (GHz)	Single Thread	Multi Thread
Intel Core Duo P8600	Penryn 2008	45	2,4	201 2 coeurs	392 (2)
Intel Core i5 6200U	Skylake 2015	14	2,3 – 2,8	212 2 coeurs	765 (4)
Intel Core i7 8700K	Coffee Lake 2017	14	3,7 – 4,7	498 6 coeurs	3635 (12)

Les deux premiers processeurs pour ordinateurs portables possèdent chacun deux coeurs, mais le modèle plus récent permet de traiter simultanément quatre files d’instructions (multi thread) alors que l’autre ne peut gérer que deux files. En file unique, les deux processeurs vont s’équivaloir avec des scores de 201 et 212. De façon prévisible, le i5 6200U est environ deux fois plus rapide que le P8600 pour les files multiples.

Le processeur P8600 fonctionne toujours à la même cadence d’horloge de 2,4 GHz et sa consommation moyenne de puissance est de 25 W. Pour sa part, le i5 6200U est plus efficient avec sa consommation de 15 W à sa fréquence de base de 2,3 GHz.

Le processeur i7 8700K est beaucoup plus performant que les deux autres, mais il consomme en moyenne 95 W, ce qui le confine à une utilisation dans un ordinateur de bureau. Il est possible d’augmenter son horloge jusqu’à 4,7 GHz, mais à sa fréquence de base, il obtient des scores 2,3 à 4,8 fois plus rapides que le i5 6200U.

En ce qui concerne la capacité de traitement d’informations, un ordinateur de bureau possède l’espace intérieur requis pour ajouter des cartes vidéo et d’autres accessoires, ce qui est rarement le cas pour les ordinateurs portables.

La finesse de la lithographie des processeurs s’est améliorée au fil des années, permettant d’inclure plus de transistors sur une surface donnée.  La technologie actuelle permet maintenant des gravures de 7 et 10 nanomètres. La firme Intel a d’ailleurs des problèmes avec les puces à 7 nm.

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Annexe 2
Débits mesurés pour les disques HDD et SSD

Les huit disques suivants ont été soumis à des tests de débit à l’aide du logiciel Crystal Disk Mark 8.0.1 utilisé en mode de lecture et d’écriture de fichiers séquentiels.

Format, type et interface	Description et modèle	Lecture (Mo/s)	Écriture (Mo/s)
Hewlett-Packard 6730b Intel Core Duo P8600 2,40 GHz 8 Go Ram
2.5″ HDD SATA II	Fujitsu 250 Go 5 400 tr/min MHZ2250BH	53,77	48,65
2.5″ HDD SATA II	Hitachi 750 Go 7 200 tr/min HTS727575A9E364	93.39	79,17
2.5″ SSD SATA II	Crucial 480 Go MLC CT480M500SSD1	268,83	123,37
HP Probook 450 G3 Intel Core i5 6200U 2,3 GHz 16 Go Ram
2.5″ SSHD SATA III	Seagate 500 Go 5 400 tr/min ST500LM000 hybride 8 Go SSD	117,39	104,26
M.2 SSD SATA III	Samsung 850 EVO 500 Go TLC EMT21B6Q	538,80	496,56
Dell XPS 8930 Intel Core i7 8700K 3,7 GHz 32 Go Ram
3.5″ HDD SATA III	Seagate 2To 7 200 tr/min ST2000DM01	209,10	200,89
M.2 SSD NVMe 3	Sk Hynix PC401 256 Go TLC HFS256GD9TNG-62A0A	2581,33	801.73
M.2 SSD NVMe 3	Samsung 970 PRO 500 Go MLC  MZ-V7S500B/AM	3484,32	2277,95

A2.1 Disque SSD – 2.5 pouces SATA II

Les disques installés sur l’ordinateur datant de 2008 ont été construits avec une interface SATA III, mais ils ont basculé vers la norme SATA II parce que c’était la seule disponible sur ce vieil appareil. Le maximum théorique diminue alors de moitié à 300 Mo/s et le débit mesuré en lecture est de 268,83 Mo/s sur le disque SSD. En mode d’écriture, le débit diminue d’environ la moitié à 123,37 Mo/s.

A2.2 Disque SSD – M.2 SATA III

L’interface installée sur le Probook datant de 2017 permet d’atteindre des débits de 538,80 et de 496,56 Mo/s, respectivement en lecture et en écriture. La valeur en lecture se rapproche du maximum de 600 Mo/s permis par le SATA III.

A2.3 Disque SSD – M.2 NVMe

L’interface M.2 NVMe de troisième génération qu’utilise le Dell XPS 8930 de 2018 permet un débit théorique de 3 500 Mo/s. La mesure réelle s’en approche grandement avec 3 484,32 Mo/s en lecture pour le Samsung 970 PRO.

Un second disque SSD a été installé en utilisant une fente d’expansion et une carte X4 permettant de monter le disque Hynix de format M.2 NVMe. Ce dernier se compare favorablement au Samsung en lecture, mais sa performance chute en écriture puisque le Hynix utilise des cellules à triples niveaux, plus lentes que celles du Samsung avec ses MLC.

A2.4 Disques durs conventionnels HDD

Les disques Fujitsu 250 Go, Hitachi 750 Go et Seagate 2To sont tous des disques durs avec une mémoire cache de, respectivement, 8, 16 et 64 Mo. Pour sa part, le Seagate 500 Go ST500LM000 est un modèle hybride comprenant une mémoire cache de 64 Mo en plus d’un SSD interne de 8 Go qui devrait améliorer sa performance dans la manipulation des fichiers. Cette supériorité n’a pas été vérifiée de façon expérimentale.

Sans aucune surprise, les disques tournant à 7 200 tr/min (RPM, en anglais) transfèrent l’information plus rapidement que ceux opérant à 5400 tr/min.

En résumé, les disques SSD sont de 1,6 à 11,3 fois plus rapides en écriture que les disques durs conventionnels. Les SSD sont entre 2,9 et 16,7 fois plus rapides en lecture que les HDD. Cette dernière valeur est inférieure au nombre de 22 annoncé à la section 2.2 pour un M.2 NVMe de troisième génération, mais il s’agit quand même d’une excellente performance.

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