Introduction
Une disquette, un disque dur de 40 Mo et deux disques de 6 ToDepuis l’arrivée du PC en 1981, les disques durs ont bien évolué, mais une chose n’a pas réellement changé : les secteurs font toujours la même capacité. Les disques durs de quelques Mo des années ’80 avaient des secteurs de 512 octets et certains disques durs récents… ont toujours des secteurs de 512 octets. Pourtant, ce n’est pas une fatalité : le passage à des secteurs de 4 096 octets est en route depuis quelques années (avec une émulation de secteurs de 512 octets) et nous avons eu l’occasion récemment de tester un des rares modèles qui utilise nativement des secteurs de 4 kio.
Les avantages des secteurs de 4 kio
Le secteur est la quantité minimale de données stockées sur un disque dur et accessibles : quand on stocke un fichier de 1 octet, il prend donc 512 octets sur un disque dur. Plus exactement, il prend 512 octets plus quelques autres informations. On a typiquement l’équivalent de 15 octets qui servent à délimiter physiquement les secteurs et à synchroniser les têtes, ainsi que 50 octets pour la correction d’erreur (ECC). Dans les faits, un secteur de 512 octets prend donc réellement 577 octets sur un disque dur (ou, pour stocker 4 kio, 4 616 octets).
En passant à des secteurs de 4 ko, on diminue la perte : on va avoir 15 octets de synchronisation, 4 096 octets de données et 100 octets de correction d’erreurs. La correction d’erreur est un peu plus efficace, et le gain est intéressant : un secteur de 4 096 octets prend donc réellement seulement 4 211 octets.
D’une façon plus visuelle, si un disque dur utilise un plateau de 1 To physiquement (1 000 000 0000 000 d’octets), il pourra stocker réellement 887 Go avec des secteurs de 512 octets et 972 Go avec des secteurs de 4 096 octets. En dehors des gains en capacité, on a aussi un gain sur les débits, étant donné que la densité pratique augmente.
512N, 512e et 4KN
Si des modèles avec des secteurs d’une capacité « exotique » existent (520 octets, 1 024 octets, etc.), la norme dans le monde grand public, c’est soit 512 octets, soit 4 096 octets. Plus exactement, on va avoir trois types de disques durs : des modèles 512N, 512e (parfois annoncé comme AF, Advanced Format) et 4KN.
512N
Les premiers ont des secteurs de 512 octets en interne, et sont compatibles avec la majorité des ordinateurs. Tous les systèmes d’exploitation modernes peuvent les utiliser et ils devraient être reconnus avec la capacité annoncée tant que le contrôleur SATA ou PATA est compatible LBA48. Les antiquités qui ne prennent en charge que le LBA28 (typiquement les ordinateurs qui datent d’avant l’an 2000) sont limitées à 137 Go, le LBA étant un compteur qui répertorie le nombre de secteurs. La norme LBA48 permet d’utiliser 2 814 749 76 710 655 secteurs, soit environ 144 Po avec des secteurs de 512 octets. Dans les disques durs récents, les modèles qui utilisent des secteurs de 512 octets sont rares.
512e
512e vs. 4KNLes premiers disques durs avec des secteurs de 4 kio datent de 2010, et à cette époque, il fallait garder la compatibilité avec les secteurs de 512 octets. Une astuce a été trouvée : émuler des secteurs de 512 octets. Le disque dur travaille en interne avec des secteurs de 4 096 octets, mais en « externe » avec des secteurs de 512 octets. Cette solution a un impact sur les performances, mais permet de gagner en capacité pratique. En lecture, rien ne change : le disque dur va lire 4 096 octets et envoyer 512 octets, l’impact sur les performances est anecdotique. En écriture, par contre, c’est un problème : quand on va écrire un secteur de 512 octets du point de vue du système d’exploitation, le disque dur va devoir lire un secteur de 4 kio, modifier la partie correspondante et ensuite écrire 4 096 octets, ce qui a un impact sur les performances.
Le problème, c’est qu’avec des vieux OS (Windows XP et avant), les partitions commencent sur le 63e secteur, ce qui a un impact certain sur les performances : un cluster (plus petite partie logique dans un système de fichiers) de 4 kio sera systématiquement sur deux secteurs physiques et les opérations en écriture seront donc ralenties. Les solutions sont les mêmes qu’avec les SSD : soit aligner les partitions (par exemple sur le 64e secteur), soit éventuellement activer un mode de compatibilité si le disque dur le permet, soit utiliser un OS moderne (typiquement au moins Windows Vista chez Microsoft). Le mode de compatibilité, présent sur quelques vieux modèles, décale en fait les secteurs automatiquement en interne et le 63e devient donc le 64e, ce qui supprime le souci de performances.
Dans tous les cas, la perte de performances moyenne est estimée à 15 % selon les fabricants de disques durs.
4KN
Avec les rares disques durs 4KN (4 kio natifs), le disque dur travaille avec des secteurs de 4 kio en interne et en externe. Il faut donc un ordinateur compatible et un système d’exploitation compatible. Les modèles 4KN, encore rares, sont théoriquement un peu plus rapides que les 512e, mais posent des soucis de compatibilité, nous allons le voir.
Les disques durs de Seagate
Pour le test, Seagate nous a fourni deux disques durs de sa gamme Enterprise Capacity 3., un ST6000NM0004 et un ST6000NM0024. Ce sont deux disques durs professionnels qui sont très proches : six plateaux qui tournent à 7 200 tpm, 128 Mo de cache, une capacité de 6 To et une interface SATA 6 gigabits/s. Le premier utilise des secteurs de 4 kio en interne et en externe (4KN), le second des secteurs de 4 kio en interne, mais des secteurs de 512 octets en externe (512e).
La compatibilité
La compatibilité du modèle 4KN est mauvaise, il faut l’avouer. Commençons par l’OS : Microsoft indique que seuls Windows 8 et Windows Server 2012 supportent les disques durs 4KN. Nous avons pu tester notre disque dur avec Mac OS X Mavericks (10.9.4) sans soucis, et Linux supporte ce type de disque dur depuis plusieurs années (nous n’avons pas trouvé la release exacte du noyau qui amène la compatibilité).
Windows 7 ne voit que 750 Go
Ensuite, il y a le BIOS. Plus exactement, l’absence de compatibilité des BIOS. En effet, les BIOS classiques ne supportent tout simplement pas les disques durs avec des secteurs de 4 kio et considèrent qu’ils utilisent des secteurs de 512 octets. Pour les machines équipées d’un firmware (U)EFI, ça dépend de la machine : notre plateforme de test équipée d’une carte mère Intel pour les processeurs Ivy Bridge (D77GA-70K) n’a pas reconnu notre disque dur. La seule machine qui a accepté le disque dur sans broncher est un MacBook Air 2012, équipé d’un EFI.
Le BIOS (UEFI) ne voit que 750 Go
Enfin, il y a la connexion. Typiquement, les vieux boîtiers USB 2.0 n’acceptent pas le disque dur, alors qu’un boîtier USB 3.0 récent ne pose généralement pas de soucis. Pour les tests, nous avons utilisé des boîtiers Thunderbolt équipés de contrôleurs SATA Asmedia, sans rencontrer de soucis. Attention, même dans un boîtier compatible, il faut évidemment un OS adapté. Nous avons par ailleurs testé le disque dur dans un NAS Synology (DS415Play) et s’il a été reconnu, il n’a pas fonctionné correctement.
Dans la majorité des cas, le disque dur est reconnu, mais pas avec la bonne capacité : les systèmes et autres firmwares supposent en fait qu’il a des secteurs de 512 octets, et donc une capacité huit fois plus petite que la capacité réelle, 750 Go.
Les performances
Le but ici n’est pas de tester les performances des disques durs, mais bien de comparer les performances des deux modèles. Dans les deux cas, les disques ont été testés sous Windows 8 (installé sur un SSD) et placés dans un boîtier Thunderbolt équipé d’un contrôleur SATA 6 gigabits/s d’origine Asmedia. Le contrôleur est capable d’atteindre environ 400 Mo/s et le boîtier placé en premier dans la chaîne.
Sous CrystalDisk Mark, c’est assez simple : les performances sont identiques (ou presque) : environ 220 Mo/s sur les débits séquentiels. Sur des petits fichiers, les performances sont les mêmes.
512e vs. 4KN
Avec HD Tune Pro, on remarque que le modèle 4KN est plus rapide que la version 512e, spécialement sur les tests en IOPS, ce qui est assez logique. Typiquement, sur des accès aléatoires, la version 4KN peut lire et écrire directement 4 096 octets alors que la version 512e doit effectuer les conversions nécessaires en interne.
512e vs. 4KN
Dans la pratique, le gain est tout de même assez faible : sur les accès séquentiels, la perte est minime si les partitions sont correctement alignées et sur les accès aléatoires, le gain n’existe que dans certains cas. Une fois que les disques durs auront passé les batteries de tests de nos comparatifs, la différence sera peut-être visible, mais en l’état, c’est assez théorique. Bien évidemment, nous pourrions effectuer des tests avec une partition mal alignée et des accès aléatoires avec des fichiers de moins de 512 octets pour montrer l’intérêt de la chose, mais dans la pratique la différence est imperceptible.
Conclusion
6 To et 1,44 Mo
Pour terminer, quelques comparaisons : le premier PC avait un disque dur de 10 Mo, soit 600 000 fois moins. Si on devait obtenir la même capacité qu’un des disques durs avec la disquette qui se trouve sur la photo, il en faudrait environ 4 150 000. Cela représenterait un poids de 87,5 tonnes et on pourrait recouvrir presque cinq terrains de football.
Que penser des disques durs 4KN ?
Les premiers disques durs avec des secteurs de 4 096 octets ne sont pas convaincants. La compatibilité est très aléatoire (un ordinateur récent avec un système moderne comme Windows 8 ou Mac OS X) et les performances ne sont pas réellement meilleures que celles d’un disque dur en 512e. Dans l’absolu, les modèles 4KN sont bien plus rapides que les modèles 512e sur les accès aléatoires, mais dans la pratique, les personnes qui veulent de bonnes performances installeront directement un SSD ou passeront sur des disques durs qui tournent à 10 000 ou 15 000 tpm.
