Le SATA 3Gbit/s est-il assez rapide pour les SSD actuels ?

Introduction

Il existe de nombreuses manières d’optimiser un ordinateur, mais à l’heure actuelle, la seule d’obtenir de réels gains de performances consiste généralement à remplacer un ou plusieurs composants matériels. Il n’y a pas si longtemps, l’overclocking était une alternative populaire car il faisait vraiment la différence ; aujourd’hui, on le considère de plus en plus comme un passe-temps réservé aux passionnés, car les composants overclockables (processeur, carte graphique, mémoire vive) sont généralement largement assez rapides pour les applications courantes. En outre, Intel, après l’âge d’Or des Core 2, a décidé de drastiquement limiter les possibilités d’overclocking de ses CPU : seuls les modèles plus onéreux sont intéressants.

Il est souvent bien plus efficace de remplacer une carte graphique vieillissante par un modèle plus récent, d’ajouter de la RAM ou, mieux encore, de remplacer un disque dur par un SSD. Ces derniers ont enfin commencé à atteindre des prix qui ne sont plus totalement rédhibitoires, et cela tombe bien, car passer au SSD est généralement synonyme d’augmentation considérable des performances globales de la machine.

En termes de performances, les SSD actuels font véritablement mordre la poussière aux disques durs. Les fabricants nous promettent des débits séquentiels pouvant atteindre 550 Mo/s et en règle générale, la théorie se vérifie dans la pratique. Évidemment, les temps d’accès aléatoires sont bien plus importants dans la vie de tous les jours, où les opérations consistant à lire et écrire de longues suites de données contigües ne se présentent finalement que de manière assez ponctuelle. Et là encore, les SSD ont l’avantage sur les disques durs, car si leurs débits en lecture/écriture séquentielle sont impressionnants, leurs performances en E/S le sont encore plus : ils exécutent les requêtes entre 15 et 300 fois plus rapidement que leurs ancêtres. Il n’est pas rare de voir un SSD exécuter plusieurs milliers d’opérations par secondes, alors que les disques durs ont tendance à plafonner à 150, ou tout au plus 250.

Bref, l’abandon du disque dur au profit du SSD est souvent une bonne idée. Windows et les applications démarrent plus vite et la réactivité globale du système grimpe en flèche.

Un port SATA 3 Gbit/s suffit-il pour un SSD SATA 6 Gbit/s ?

Certains se demandent toutefois s’il est bien judicieux d’opter pour un SSD lorsque leur carte-mère ne gère pas la norme SATA actuelle, à savoir le 6 Gbit/s, mais uniquement sa déclinaison précédente, le 3 Gbit/s. Un SSD moderne ne risque-t-il pas de se voir ralenti ? Si oui, dans quelle mesure ? La différence se remarquera-t-elle en pratique ? Serait-il utile de remplacer le contrôleur SATA en même temps que le disque dur ? Ou bien les écarts de performances sont-ils imperceptibles ?

Pour répondre à ces questions, nous avons testé un SSD actuel sur un port SATA 6 Gbit/s puis sur un port SATA 3 Gbit/s. Nous avons opté pour le Samsung 840 Pro, un des produits les plus populaires du moment en raison de ses performances et de son prix raisonnable. Les résultats que nous avons obtenus sont toutefois valables pour l’importe quel SSD de la même gamme de performances. Vous remarquerez que nous avons laissé de côté le SATA 1,5 Gbit/s ; les machines équipées de tels ports datent en effet généralement des environs de 2005 et ne peuvent par conséquent plus être considérées comme pertinentes à l’heure actuelle.

SSD testé, configuration et protocole de test

Nous avons choisi le Samsung 840 Pro MZ-7PD256 pour nos tests. Son contrôleur est un Samsung S4LN021X01-8030 NZWD1 (connu en interne sous le diminutif de MDX), qui fait appel à l’interface SATA 6 Gbit/s et contient un processeur ARM triple-core et 512 Mo de cache DDR3.

Notez qu’il existe également une version « non-Pro » de ce modèle. Celle-ci est également équipée d’un processeur ARM triple-core, mais sa mémoire NAND est de type TLC et non MLC ; elle compte donc trois bits par cellule au lieu de deux, ce qui a des conséquences néfastes sur les performances, mais aussi sur sa longévité. Sa garantie est d’ailleurs limitée à trois ans, contre cinq pour la version Pro que nous testons aujourd’hui.

Les performances maximales annoncées du Samsung 840 Pro sont de 540 Mo/s en lecture et 520 Mo/s en écriture et il est censé atteindre 100 000 IOPS en lecture aléatoire de blocs de 4 Ko. La version que nous avons testée, d’une capacité de 256 Go, est disponible dans le commerce aux alentours de 200 €. Il en existe également des déclinaisons 128 Go (MZ-7PD128) pour 130 € et 512 Go (MZ-7PD512) pour 400 €.

Spécifications techniques du Samsung 840 Pro

Configuration et protocole de test

Nous avons utilisé notre configuration de test sous Windows 7 ; carte-mère Gigabyte Z68X-UD3H-B3, processeur Intel Core i5-2500K et 4 Go de mémoire Corsair TR3X6G1600C8D. Le SSD était connecté au premier des six ports SATA 6 Gbit/s intégrés à la carte-mère ; nous l’avons utilisé à pleine vitesse puis limité à 3 Gbit/s via le BIOS.

Nous avons ensuite relancé les tests sur un disque dur Western Digital Velociraptor WD1000DHTZ à titre de comparaison. D’une capacité de 1 To, ce Velociraptor est un disque 2,5″ dans un boîtier 3,5″. Il s’agit du disque dur le plus rapide que nous ayons jamais testé, notamment en raison de sa vitesse de rotation, 10 000 tours/min sur des plateaux de 2,5″. Ses performances en E/S sont plus élevées que celles des disques durs conventionnels.

Configuration et protocole de test en conditions réelles

Nous avons décidé d’ajouter aux benchmarks synthétiques quelques tests en situation réelle en SATA 6 Gbit/s et en 3 Gbit/s. Pour ce faire, nous avons utilisé une machine équipée de Windows 8 Pro 64 bits.

Tests en conditions réelles :

1. Démarrage de Windows 8. Le chronomètre démarre au moment où l’écran de POST disparaît et s’arrête lorsque le bureau de Windows apparaît.
2. Fermeture de Windows 8. Après avoir fait fonctionner Windows 8 pendant trois minutes, nous l’arrêtons et lançons le chronomètre. Celui-ci s’arrête au moment où l’ordinateur s’éteint.
3. Démarrage de Windows 8 et d’Adobe Photoshop. Après le démarrage de Windows 8, un script lance Adobe Photoshop CS6 et ouvre une photo d’une définition de 15 000 x 7266 pixels et d’une taille de 15,7 Mo. Il ferme ensuite Photoshop. Le chronomètre démarre après l’écran de POST et s’arrête après la fermeture de Photoshop. Nous relançons ce benchmark cinq fois.
4. Démarrage de cinq applications. Après le démarrage de Windows 8, un script lance cinq applications différentes. Le chronomètre démarre au lancement de la première et s’arrête à la fermeture de la dernière. Ici aussi, nous relançons ce benchmark cinq fois.

Script du benchmark « Démarrage de cinq applications » :

• Ouverture d’une présentation Microsoft PowerPoint, puis fermeture de PowerPoint.
• Lancement du moteur de rendu en ligne de commande d’Autodesk 3D Studio Max 2013 et rendu d’une image à une résolution de 100 x 50 pixels. L’image est de très petite taille car nous testons le SSD et non le processeur.
• Lancement du benchmark intégré à ABBYY FineReader 11 et conversion d’une page de test.
• Lancement du benchmark MathWorks MATLAB ; celui-ci est exécuté une seule fois.
• Lancement d’Adobe Photoshop CS6 et chargement de l’image utilisée pour le troisième test en situation réelle, mais au format TIF original, d’une résolution de 29 566 x 14 321 pixels et d’une taille de 501 Mo.

Configuration utilisée pour les tests en conditions réelles

Débit en lecture/écriture séquentielle

AS-SSD

Comme nous nous y attendions, l’interface SATA 3 Gbit/s constitue un goulot d’étranglement pour le Samsung 840 Pro, à tout le moins en lecture/écriture séquentielle. Le SSD démontre toute l’ampleur de ses performances en SATA 6 Gbit/s, mais est ralenti lorsqu’il est utilisé en conjonction avec du SATA 3 Gbit/s. Le WD Velociraptor s’en sort bien dans ce benchmark, avec des performances en lecture et écriture supérieures à 200 Mo/s.

CrystalDiskMark

Les chiffres d’AS-SSD sont confirmés par CrystalDiskMark 3.0. Notez que les performances en lecture/écriture séquentielles sont importantes lors de la lecture et de l’écriture de grandes plages de données. Sous Windows, entre 50 et 70 % des accès sont en réalité aléatoires. Les opérations impliquant de gros volumes de données contigües représentent plus l’exception que la règle.

Temps d’accès

Le WD Velociraptor parvient à trouver les données demandées après 7 millisecondes en moyenne. C’est rapide pour un disque dur et c’est dû à sa vitesse de rotation de 10 000 tours/min, mais nous sommes à des années-lumière des SSD, qui sont plus de 100 fois plus rapides, avec des temps d’accès de l’ordre de la microseconde. La différence entre les interfaces SATA 6 Gbit/s et 3 Gbit/s est imperceptible en pratique.

Lecture/écriture aléatoire de blocs de 4 Ko

Ce benchmark est le plus important de tous en situation réelle, car la taille standard des blocs en NTFS et des pages en mémoire est de 4 Ko. Tout lecteur se doit donc d’être aussi rapide que possible en lecture aléatoire de blocs de 4 Ko.

AS-SSD

On voit ici que dans ce domaine, en lecture comme en écriture, même le plus rapide des disques durs n’arrive pas à la cheville des SSD. Le Samsung 840 Pro se montre un peu plus véloce lorsqu’il est connecté à un port 6 Gbit/s que sur un port 3 Gbit/s : 20 Mo/s de plus en écriture, mais à peine 2 Mo/s de plus en lecture. L’interface 6 Gbit/s se révèle surtout utile lorsqu’on augmente la profondeur de file, c’est-à-dire le nombre de commandes en suspens que le SSD doit traiter simultanément. Lorsqu’on fait passer la profondeur de file à 64 au lieu de 1, les performances en lecture/écriture aléatoire de blocs de 4 Ko se montrent au moins 50 % plus élevées sur le port SATA 6 Gbit/s que sur le 3 Gbit/s. Une profondeur de file de cette taille est toutefois extrêmement rare sur un ordinateur personnel : en règle générale, elle se situe plutôt entre 1 et 4. Pour trouver des chiffres plus élevés, il faut chercher sur un serveur.

Profondeur de file : 1

Profondeur de file : 64

CrystalDiskMark

Les résultats obtenus sous CrystalDiskMark sont similaires. Les gains de vitesse apportés par le SATA 6 Gbit/s sont relativement faibles lorsque la profondeur de file est limitée, mais plus évidents lorsqu’elle est élevée. Une fois encore, cela n’a pas grande importance sur un ordinateur personnel, où la profondeur de file ne dépasse que rarement 4.

Profondeur de file : 1

Profondeur de file : 32

IOmeter

Les chiffres avancés par IOmeter sont un peu différents des deux autres, mais les conclusions restent globalement identiques. Ici, le SATA 6 Gbit/s bénéficie fortement au Samsung 840 Pro en lecture, mais en écriture, il n’apporte pratiquement rien par rapport au 3 Gbit/s.

Lecture

Écriture

Lecture/écriture aléatoire de blocs de 512 Ko

Les opérations de lecture/écriture aléatoire de blocs de 512 Ko s’effectuent nettement plus rapidement via l’interface SATA 6 Gbit/s que via sa version 3 Gbit/s. Le WD Velociraptor ce comporte un peu mieux dans ce benchmark, mais il reste toujours loin derrière les SSD.

En pratique : IOmeter

Nous avons soumis le Samsung 840 Pro aux tests en modes « base de données », « serveur web » et « station de travail » de IOmeter, qui simulent des situations réelles correspondant à ces différents profils d’utilisation. Ses performances se sont révélées plus ou moins identiques quelle que soit l’interface utilisée, 6 Gbit/s ou 3 Gbit/s, du moins dans les modes « base de données » et « station de travail ». En mode « serveur web », par contre, le nombre d’opérations par seconde s’est révélé pratiquement deux fois plus élevé sur le port SATA 6 Gbit/s.

Base de données

Serveur web

Station de travail

En pratique : PC Mark 7 et traces

PCMark 7

Sous PCMark 7, le Samsung 840 Pro affiche des performances légèrement plus élevées sur le port SATA 6 Gbit/s que sur son homologue 3 Gbit/s, mais l’écart est assez ténu.

En allant dans le détail, on se rend compte que le chargement des applications et l’importation d’images dans la Galerie de photos Windows sont plus rapides avec le 6 Gbit/s. Ceci étant dit, même en 3 Gbit/s, le SSD laisse le disque dur sur le carreau.

Trace

En utilisant nos traces, nous ne relevons qu’une faible différence de performances entre le SATA 6 Gbit/s et le 3 Gbit/s.

PCMark Vantage

Sous PCMark Vantage, l’écart de performances entre le SATA 6 Gbit/s et le 3 Gbit/s est immédiatement évident. Le WD Velociraptor parvient même à se hisser en deuxième place dans le benchmark « Media Center » ! Au final, cet exploit tient toutefois plus du miracle que d’autre chose : SATA 3 Gbit/s ou non, le SSD reste globalement beaucoup plus rapide que le disque dur.

Copie avec AS-SSD

D’après le benchmark de copie d’AS-SSD, le Samsung 840 Pro est environ 60 % plus rapide sur le port SATA 6 Gbit/s que sur le 3 Gbit/s.

Plusieurs éléments sont toutefois à noter. Premièrement, le WD Velociraptor est branché sur le port SATA 6 Gbit/s, mais ses performances sont clairement limitées par sa nature mécanique : déplacer les têtes de lecture/écriture prend et prendra toujours du temps.

Deuxièmement, le port SATA 3 Gbit/s ralentit le Samsung 840 Pro dans ce test ; cela se voit tout de suite lorsqu’on compare ses performances à celles qu’il affiche lorsqu’il est connecté au port SATA 6 Gbit/s. Ceci dit, même en dépit de ce goulot d’étranglement, il reste toujours considérablement plus rapide qu’un disque dur.

Troisièmement, ce benchmark est surtout important pour les utilisateurs qui copient de grands volumes de données sur ou depuis leur SSD ; c’est dans ce scénario que la bande passante élargie du SATA 6 Gbit/s, et le débit amélioré qu’elle autorise, font la différence en pratique.

Performances globales

Au vu des benchmarks des pages précédentes, on pourrait croire que les SSD affichent des performances perceptiblement plus élevées lorsqu’on les connecte à un port SATA 6 Gbit/s que sur un port 3 Gbit/s. Pris dans leur ensemble, nos benchmarks en situation réelle brossent un tableau quelque peu différent.

Tests en situation réelle : score global

Si l’on combine et pondère les benchmarks comme indiqué sur le graphique ci-dessus, on se rend compte que l’écart entre le SATA 6 Gbit/s et le 3 Gbit/s est plus que limité. L’énorme avantage du SSD sur le disque dur en termes de performances saute aux yeux avec ou sans SATA 6 Gbit/s.

AS-SSD : score global

AS-SSD possède lui aussi un score global, et d’après celui-ci, le Samsung 840 Pro souffre bien d’une baisse de performances lorsqu’on le connecte au port SATA 3 Gbit/s. Il n’en reste pas moins qu’il demeure considérablement plus rapide que le WD Velociraptor, qui est tout de même, ne l’oublions pas, le disque dur pour desktop le plus rapide au monde.

Démarrage et fermeture de Windows 8

Démarrage de Windows 8

Lorsqu’il s’agit de faire démarrer Windows, peu importe que le Samsung 840 Pro soit connecté à un port SATA 3 ou 6 Gbit/s : il y a peu de chance pour que vous remarquiez la demi-seconde de différence.

Fermeture de Windows 8

Même constat pour la fermeture de Windows : le chronomètre enregistre un écart de 0,6 secondes entre les deux interfaces. Totalement imperceptible en pratique.

Démarrage de Windows 8 et d’Adobe Photoshop

Autre match nul. Windows 8 démarre puis Adobe Photoshop CS6 se lance, charge une image puis se ferme. Il ne faut au Samsung 840 Pro qu’environ une seconde de plus pour réaliser cette suite d’opérations lorsqu’il est connecté au port SATA 3 Gbit/s. Une fois encore, cela ne fait aucune différence en pratique.

Temps en secondes

Vitesse en %

Démarrage de 5 applications

Notre dernier test en situation réelle montre une fois de plus que le Samsung 840 Pro affiche presque les mêmes performances sur un port SATA 3 Gbit/s que sur un 6 Gbit/s. Au terme du lancement et de la fermeture de nos cinq applications, l’écart total entre les deux interfaces s’élève à 1,6 seconde sur 75 secondes. La différence est donc imperceptible.

Temps en secondes

Vitesse en %

Conclusion

Les benchmarks synthétiques classiques, AS-SSD, CrystalDiskMark et PCMark 7, sont très forts quand il s’agit de nous donner les performances théoriques d’un SSD. Ils sont moins utiles quand il faut nous donner une idée de la réactivité de la machine après le remplacement du disque dur par un de ces supports de stockage sur flash. Là, nos benchmarks en situation réelle nous montrent que les différences théoriques, bien présentes, s’effacent dès que l’on pénètre dans le monde de la pratique.

Le SATA 6 Gbit/s n’apporte pratiquement rien en pratique

Nous avons choisi le Samsung 840 Pro pour représenter les SSD modernes. Les benchmarks synthétiques montrent que celui-ci affiche des performances légèrement en retrait lorsqu’on le connecte à un port SATA 3 Gbit/s plutôt qu’à un 6 Gbit/s. Les différences sont particulièrement prononcées dans les tests impliquant des opérations de lecture/écriture séquentielle ou de lecture/écriture aléatoire avec une file d’attente longue. Par contre, l’écart se résorbe très rapidement lorsqu’on passe aux tests en situation réelle : lancement et fermeture de Windows, chargement d’applications, etc. Au quotidien, la différence entre les deux interfaces est imperceptible.

On peut se demander pourquoi il existe un tel décalage entre les performances théoriques et pratiques ; pour trouver la réponse, il faut chercher du côté des tâches qu’effectuent les benchmarks synthétiques : bon nombre d’entre elles ne se retrouvent tout simplement jamais sur une machine Windows normale. Prenons pour exemple la lecture/écriture aléatoire de blocs de 4 ko avec une longue file d’attente ; sous Windows, une file de 32 ou de 64 commandes est une exception et non la règle. Même chose pour les débits affichés en lecture/écriture séquentielle : la plupart des utilisateurs ne copient pas si souvent que cela de gros fichiers sur leur SSD. Ceux qui travaillent régulièrement avec des fichiers volumineux, telles que des vidéos ou des fichiers ISO, bénéficieront certes du surcroît de bande passante apporté par le SATA 6 Gbit/s, mais il est en réalité fort probable qu’ils les stockent plutôt sur un disque dur, pour une simple question de capacité.

L’essentiel, ce sont les performances en E/S

Sur le plan pratique, les performances les plus importantes sont celles sur les accès aléatoires. Sous Windows, ces derniers se produisent la plupart du temps avec une queue très courte ; dans un tel scénario, même les benchmarks synthétiques montrent que la différence entre le SATA 6 Gbit/s et le 3 Gbit/s est des plus ténues.

Nous pouvons donc rassurer tous ceux d’entre vous qui se demandaient s’il était bien utile d’abandonner le disque dur au profit du SSD si vous n’aviez que des ports SATA 3 Gbit/s : nos tests indiquent clairement que l’opération est toujours extrêmement bénéfique.

Si vous désirez passer au SSD mais n’avez qu’une carte-mère équipée de ports SATA 3 Gbit/s, n’ayez crainte : en l’état actuel des choses, vous ne verrez pas la différence avec un port SATA 6 Gbit/s. Le SATA 3 Gbit/s ne constitue pas un goulot d’étranglement en pratique. Alors que la différence de vitesse et de réactivité entre un SSD et un disque dur, même un modèle aussi rapide que le WD Velociraptor, est des plus flagrantes. Que ce soit dans les benchmarks synthétiques ou dans les tests en situation réelle, le disque dur n’a pas la moindre chance de s’en sortir.