L’affaire OCZ Vertex 2 25nm

Introduction

OCZ a récemment effectué une transition depuis la mémoire 34 nm d’IM Flash Technologies (ainsi que la 32 nm de chez Hynix) vers la 25 nm du même fabriquant, à savoir la joint-venture entre Intel et Micron.

Cette transition s’est achevée mi-janvier 2011 et le moins que l’on puisse dire, c’est que le constructeur s’est montré discret sur le sujet. En fait, OCZ n’a réellement commencé à communiquer qu’à partir du moment où les utilisateurs ont constaté une baisse de capacité par rapport aux précédentes révisions et qu’en plus, les performances diminuaient.

Sentant le mécontentement grandir sur les forums, OCZ annonce finalement la transition vers la NAND Flash 25nm mi-février, en soulignant qu’il s’agit d’une première. Le communiqué précise également que le passage à un procédé de gravure plus fin se traduirait par une baisse des prix, en revanche, pas un mot quant aux répercussions sur les performances ni la capacité.

Pour évaluer l’étendue du problème, nous avons acheté un Vertex 2 120 Go en espérant tomber sur la nouvelle révision sachant que nous possédions déjà un OCZSSD2-2VTXE120G (34 nm). La chance nous a sourit si l’on peut dire.

Une capacité diminuée

OCZ est donc passé à la mémoire Flash 25 nm pour baisser les coûts, mais cette transition ne s’est pas effectuée pour tous les modèles : d’après la marque, seules les versions 60, 90 et 120 Go sont touchées. Les produits de 40 Go restent quant à eux en 34 nm tandis que ceux dont la capacité dépasse les 120 Go sont épargnés grâce à une capacité résiduelle suffisante pour pallier au problème, point sur lequel nous reviendrons. Plus spécifiquement, ce sont les SSD en série E (OCZSSD2-2VTXE60G, OCZSSD2-2VTXE90G et OCZSSD2-2VTXE120G) qui sont dans la tourmente.

Le E renvoie à Extended, une nouvelle approche sensée diminuer la quantité d’espace provisionnel utilisé par les SSD. Cet espace est loin d’être négligeable puisque que les Vertex 2 sont allés jusqu’à employer une capacité additionnelle correspondant à 28 % de leur capacité annoncée. Toutefois, cette approche semble plus que discutable lorsqu’on regarde le tableau ci-dessous. D’après OCZ, les revendeurs n’ont pas été réceptifs à l’adoption de nouvelles références comme suite aux changements matériels. L’appellation Extended a donc complètement perdu son sens original.

Pourquoi parler de SSD affecté/touché ? Avec les puces de NAND Flash 64 Gbit en 25 nm, il est nécessaire d’allouer un espace provisionnel plus important qu’avec la NAND Flash 34 nm. Celui-ci est dédié à la technologie RAISE des contrôleurs SandForce (Redundant Array of Independent Silicon Elements) dont le but est d’assurer la fiabilité du SSD en toutes circonstances.

OCZ réserverait plus d’espace provisionnel pour compenser les blocs corrompus du fait de la géométrie propre à la mémoire Flash 25 nm : celle-ci a plus de mal à maintenir sa structure que la mémoire Flash 34 nm, d’où un nombre de cycles en écriture moins conséquent qu’auparavant. SandForce contourne le problème en allouant tout simplement plus d’espace au contrôleur pour compenser d’éventuels blocs défaillants, approche qu’OCZ est également contraint de suivre vu la nature même des puces NAND Flash 64 Gbit 25 nm. Notons enfin que d’après la marque, le passage en 25 nm n’a pas changé le taux d’erreurs binaires irrécupérables sur le plan fonctionnel.

La baisse de capacité des SSD série E d’OCZ s’explique donc par un espace dédié à la correction d’erreurs (ECC) plus important qu’auparavant, allié à la diminution de l’espace provisionnel. Nos deux OCZSSD2-2VTXE120G sont des exemples très parlants : la référence est identique dans les deux cas, mais l’un s’appuie sur de la NAND 34 nm pour offrir 118,8 GiB (120 Go) d’espace tandis que le second passe à 107,1 GiB (115 Go).

OCZ prétend que la transition en 25 nm permet de faire baisser la facture, ce qui s’est avéré exact sur ces deux derniers mois puisque l’on est passé en moyenne de 218 euros  à 191 euros fin février, soit respectivement 1,82 € et 1,66 € par Go en tenant compte des capacités utiles. Ceci dit, les SSD équipés de puces mémoire Flash 64 Gbit étaient en circulation avant cet ajustement tarifaire. La situation est encore pire pour ceux qui se constituent un RAID en deux temps puisqu’ils risquent donc de se retrouver avec des capacités différentes malgré le fait que les SSD portent la même référence.

La marque a mis en place un programme d’échange. Dans un premier temps la procédure de remplacement était payante, ce qui nous semblait abusif du fait que les références n’ont pas changé alors que les capacités comme les performances ne sont plus les mêmes. Fort heureusement, l’échange est désormais gratuit, ce qui mérite d’être souligné.

Une baisse des performances bien réelle

La NAND Flash 25 nm asynchrone peut être plus lente qu’en 3x nm pour plusieurs raisons. En revanche, ceci ne s’applique pas à la mémoire Flash synchrone qui équipera les futurs Vertex 3.

Premièrement, la NAND Flash 25 nm nécessite un processus de correction d’erreurs plus conséquent vu que sa géométrie endure moins de cycles programmation/effacement. Ce processus entrainant une latence de traitement, on en déduit que les SSD d’OCZ en 25 nm ne peuvent assumer cette charge sans que les performances en soient impactées. Concrètement, la marque a fait un choix de manière à ce que la technologie RAISE soit en mesure de gérer les erreurs lorsque celles-ci risquent de survenir, c’est-à-dire à partir de 5000 cycles programmation/effacement.

Les conséquences ne sont pas complètement aléatoires. Nous avons partagé certains de nos résultats avec OCZ au fur et à mesure que les tests avançaient : peu importe la version du SSD, les performances en streaming sous IOMeter étaient identiques. En revanche, des écarts se sont creusés dès lors que nous avons commencé à toucher aux fichiers 4 Ko en lecture/écriture ainsi que les différents profils de benchmark (base de données, serveur fichiers …). C’est précisément dans ce genre d’exercice que la latence de traitement liée à la correction d’erreurs pourrait rentrer en jeu : rappelons que l’architecture SandForce vise le meilleur rendement possible en compressant les données pour les envoyer séquentiellement.

OCZ nous a fourni un firmware expérimental, absolument pas destiné à une sortie publique, mais ayant le mérite de répondre à nos inquiétudes. A défaut de connaitre toutes ses spécificités, on peut estimer qu’il permet d’assurer un processus de correction d’erreurs moins agressif ou bien qu’il embarque un nouvel algorithme. L’optimisation est relativement mineure à ce stade, mais OCZ affirme qu’il y a encore une bonne marge de manœuvre pour combler le déficit de performance que l’on constate actuellement. En parallèle, nous ne sommes absolument pas surpris de voir que la seconde génération de contrôleurs SandForce bénéficiera d’un ECC plus avancé.

Considérons maintenant l’alternative aux choix d’OCZ : une autre marque s’appuyant sur des contrôleurs SandForce ainsi que des puces de mémoire Flash 25 nm (ce sera bientôt le cas pour tous les partenaires de SandForce) arrive à maximiser les performances en prenant le risque de pannes à long terme vu que le processus de correction d’erreurs n’a pas été revu. A défaut d’avoir suffisamment utilisé le SSD 25 nm qui nous servira de témoin, on ne peut pas encore tirer de conclusions, mais l’hypothèse d’une épidémie de pannes d’ici trois ans n’a rien de rassurant.

D’ici là, nous avons une comparaison équilibré entre deux Vertex 2 120 Go tous deux équipés de 16 puces mémoire représentant les SSD à NAND Flash 34 et 25 nm.

Configuration du test

Vu la situation, il nous a semblé particulièrement important d’écarter tous les biais. Afin de ne pas prendre de risques nous avons commencé par un effacement sécurisé des deux SSD, après quoi les tests ont été exécutés via un script pour répéter la même séquence dans le même laps de temps.

Performances E/S

Autant le passage du firmware 1.11 au 1.29 sur le Vertex 2 34 nm n’entraine quasiment aucune différence, autant le Vertex 2 25 nm est déjà en souffrance. Pour des produits sensés avoir des caractéristiques identiques vu qu’ils portent la même référence, on ne part pas d’un bon pied.

Ces données ont été transmises à OCZ qui travaille depuis son firmware. Nous sommes impatients de voir dans quelle mesure le processus de correction d’erreurs sera optimisé.

La hiérarchie ne change pas et la moyenne d’IOPS subit une baisse d’environ 19 % sur le SSD 25 nm par rapport au Vertex 2 34 avec le dernier firmware.

En mode serveur Web qui implique principalement la lecture d’un grand nombre de petits fichiers, on voit à nouveau les conséquences du processus alourdi pour la détection/correction d’erreurs.

Le profil station de travail est le plus pénalisant des quatre : cette fois le Vertex 2 25 nm perd 25 % de performances par rapport à la version 34 nm.

Streaming (IOMeter)

La transition vers la NAND Flash 25 nm n’a pas d’incidence sur le nombre d’IOPS pour les opérations de lecture en streaming.

Même verdict pour les opérations en écriture, ce qui permet de mieux cibler le problème : la latence de traitement avec les opérations aléatoires sur les petits fichiers ainsi que la gestion plus agressive de l’ECC.

Streaming (CrystalDiskMark)

Les tests en streaming sous CrystalDiskMark tendent à confirmer ce que l’on a vu sous IOMeter : pas de pénalité pour le SSD en 25 nm, lequel va même jusqu’à prendre un léger avantage ici.

On prend par contre toute la mesure du problème lorsque l’on passe à l’écriture de données aléatoires non compressibles.

L’architecture SandForce est connue pour donner le meilleur d’elle-même avec des données facilement compressibles comme on a pu le vérifier sur la page précédente, vu que notre test sous IOMeter fait appel à des données prédictibles. Sous cet angle, la transition vers les SSD en 25 nm est indolore.

Avec des données non compressibles, on se retrouve avec des résultats comme ceux du dernier graphique ci-dessus. D’après OCZ, ces mêmes résultats ne sont pas représentatifs d’un usage courant : il est effectivement suffisamment aisé de mettre en avant une faiblesse spécifique sans que celle-ci soit sensible au quotidien pour autant. C’est ce que l’on vérifiera plus loin à l’aide de PCMark Vantage : il y a une part de vérité dans ce qu’avance OCZ.

Il nous semble tout de même bien plus facile de faire la part des choses lorsque l’on parle de produits ayant des références différentes. Dans le cas des OCZSSD2-2VTXE120G, on ne devrait pas constater de tels écarts.

Lecture aléatoire de fichiers 4 et 512 Ko

Tant qu’il n’y a qu’une seule tâche dans la file d’attente, le delta entre les deux SSD est relativement faible (9 %), mais il ne faut pas oublier que l’on ne tire pas parti du parallélisme inhérent à l’architecture des SSD récents dans cet exercice. A l’autre extrême, les résultats sont bien moins nivelés et l’écart monte cette fois à 29 % : la NAND Flash 25 nm du nouveau Vertex 2 est peu à l’aise avec les fichiers de 4 Ko.

Ceci se confirme en passant à des fichiers de 512 Ko : la latence de traitement n’est plus du tout la même et le nouveau Vertex 2 se comporte beaucoup mieux, au point de surpasser la précédente génération.

Ecriture aléatoire de fichiers 4 et 512 Ko

A ce stade les opérations en écriture nous amènent à un verdict similaire : l’écart est inférieur à 10 % avec une seule requête, mais cette fois le Vertex 2 25 nm est encore plus pénalisé lorsque la file d’attente est longue.

Contrairement à ce que l’on a vu sur la précédente page, le fait de passer à des fichiers 512 Ko n’améliore pas les performances.

Si IOMeter montre des résultats prometteurs avec des données compressibles, le nouveau Vertex 2 affiche par contre des résultats nettement moins rassurants sous CrystalDiskMark avec des données aléatoires.

PCMark Vantage

Surprise, PCMark préfère globalement la nouvelle version du Vertex 2 : cette dernière affiche environ 9,4 % de performances supplémentaires par rapport au Vertex 2 34 nm en firmware 1.29.

Bien qu’étant nettement plus difficiles à interpréter par rapport aux précédents lorsqu’on les prend un par un, les différents benchmarks de la suite de tests disque dur au sein de PCMark sont révélateurs d’une utilisation au quotidien.

Le positionnement du nouveau Vertex 2 varie énormément, allant d’excellent à légèrement décevant. Toutefois, aucun benchmark ne met en avant les faiblesses constatées sous CrystalDiskMark.

Le démarrage de Windows Vista correspond au pire des cas : le Vertex 2 25 nm affiche alors un retard de 7% par rapport à l’ancienne révision avec le firmware 1.29. A l’opposé, Windows Defender permet au premier d’afficher des performances en hausse de 56 % par rapport à son prédécesseur. Détail intéressant, ces deux benchmarks utilisent des fichiers 4 Ko et s’appuient essentiellement sur les opérations en lecture (à hauteur de 99% pour Windows Defender et 84 % pour le démarrage de Windows Vista).

Alors que l’on aurait pu croire que le Vertex 2 25 nm afficherait des performances systématiquement catastrophiques après avoir vu les résultats sous IOMeter et CrystalDiskMark, les deux versions du SSD d’OCZ évoluent à un niveau comparable ici.

Conclusion

Le principal reproche que l’on puisse faire à OCZ tient à l’absence de communication en amont, surtout quand on voit que les changements ont entrainé une baisse des capacités et des performances dans certains cas (peu importe le fait qu’ils soient représentatifs ou pas). Si cette nouvelle génération avait bénéficié de capacités et performances en hausse tout en gardant la même référence, il nous semble clair que la marque l’aurait annoncé en grande pompe. Vu que les changements entre les deux générations de Vertex 2 peuvent être pénalisants, OCZ se devait d’être clair dès le début ou encore d’opter pour un changement la référence.

Le problème de la capacité va au-delà de ce que l’on pourrait penser au premier abord. Vu le prix des SSD, chaque gigaoctet compte énormément (a fortiori lorsqu’il s’agit d’y mettre Windows 7). L’arrivée des SSD 25 nm s’est accompagnée d’une baisse des prix suffisamment conséquente pour les rendre plus attractifs en termes de prix par Go que les versions 34 nm. Ceci dit, OCZ devrait systématiquement rapporter la capacité réelle de ses produits selon les critères de l’IDEMA (International Disk Drive Equipment and Materials Association).

Le fait est que nous ne sommes pas les premiers à faire cette suggestion. De son côté, OCZ insiste sur le fait qu’elle n’a pas changé ses références du fait des revendeurs, explication qui peut avoir un certain sens : SandForce compte beaucoup de partenaires, ce qui a pour effet de multiplier les références. Si le changement de références semble idéal pour refléter les nouvelles capacités de 115 et 55 Go, beaucoup d’acteurs sont frileux à l’idée d’avoir différents suffixes pour désigner telle génération de NAND Flash par peur d’ajouter à la confusion.

On surveillera donc d’autant plus ce que fera Corsair, sachant que la marque a d’ores et déjà annoncé qu’elle baptiserait sa nouvelle génération de SSD 25 nm de manière à prendre en compte les capacités réelles conformément aux critères de l’IDEMA. Ainsi, les SSD précédemment labélisés 120 Go deviendront des modèles 115 Go sachant que le suffixe –A permettra de distinguer ceux qui sont équipés de NAND Flash 25 nm. Est-ce qu’OCZ suivra une fois que les nouveaux SSD de Corsair seront disponibles ?

Quoi qu’il en soit, les revendeurs seraient eux aussi bien inspirés de nous proposer des produits en précisant leur capacité réelle et non pas des valeurs psychologiques comme 120 et 60 Go par exemple.

Nous sommes moins inquiets au sujet des performances que des capacités parce que dans le second cas, les 4 à 5 Go sont irrécupérables. Le problème des performances étant maintenant avéré et compris (tout du moins on l’espère), OCZ peut et doit maintenant y répondre. Comme on a pu le voir, les Vertex 2 25 nm sont capables de rivaliser avec la précédente génération dans des tests révélateurs d’une utilisation quotidienne. L’écriture/lecture des fichiers 4 Ko est le point faible de ces nouveaux SSD et il nous semble avoir très bien compris pourquoi. OCZ planche sur un nouveau firmware, lequel devrait apporter des optimisations au niveau ECC de manière à ce que la charge exercée sur le contrôleur diminue. Espérons que toutes les marques qui associent des contrôleurs SandForce à des puces de mémoire Flash 25 nm trouveront rapidement le moyen d’amener leurs nouveaux SSD au niveau de la précédente génération, et ce dans tous les domaines.

Tous ceux qui ont acheté des Vertex 2 25 nm au prix fort courant janvier peuvent désormais bénéficier d’une procédure d’échange gratuite. OCZ a donc clairement commis une erreur qui a fini sur la place publique, mais il faut leur reconnaitre le mérite de vouloir régler la situation en allant dans le sens du client.