SSD ou Compact Flash ? Duel à 16 Go

SSD contre Compact Flash

Il y a quelques mois, nous avons présenté et testé une technologie prometteuse, mais qui nous semblait onéreuse, les SSD (Solid State Drive). Un peu plus tard, nous vous parlions d’un montage à base de trois cartes Compact Flash, très rapide, mais dans l’absolu peu pratique. Maintenant, les prix ont (un peu) diminué, et nous pouvons effectuer un petit comparatif : avec 400 €, que pouvons-nous tester ?

Un RAID de quatre Compact Flash et un SSD de 16 Go

Pour le test, nous avons trouvé deux systèmes, tous les deux à base de mémoire flash, pour un budget d’environ 400 €. Le premier est l’achat d’un SSD au format 2,5 pouces, d’une capacité de 16 Go. Notre modèle de test est un SSD en PATA (Ultra DMA 4) mais des versions SATA existent. Le deuxième concurrent est un montage à base de cartes Compact Flash (utilisées en TrueIDE), avec quatre cartes Compact Flash 266x de 4 Go. Le prix final est plus ou moins identique, la capacité aussi (16 Go) mais est-ce le cas des performances ou de la facilité d’emploi ? Nous avons choisi une capacité de 16 Go car c’est suffisant pour un système d’exploitation récent et quelques applications, et que le prix n’est pas (trop) excessif : les disques durs Raptor ou les modèles qui offrent un To d’espace sont aussi très onéreux.

Petit retour sur la technologie SSD

SSD est un terme générique pour tous les appareils qui utilisent une technologie à base de transistors pour le stockage de données (que ce soit de la RAM, de la mémoire flash, etc.). Actuellement, le mot SSD se rapporte plus spécifiquement aux périphériques à base de mémoire flash qui sont destinés à remplacer un disque dur.

La mémoire flash

La mémoire flash de type NAND est une mémoire de stockage à base de transistors, qui est utilisée de plus en plus dans le monde de l’informatique. On en retrouve dans les baladeurs MP3, les téléphones, les appareils photo numériques et même maintenant dans les PC. Le gros avantage de la mémoire flash, c’est son temps d’accès : alors que les disques durs sont limités par la mécanique, la mémoire flash n’a pas de pièces en mouvement. De plus, les données sont directement accessibles dans la mémoire flash, alors que les plateaux d’un disque dur doivent se positionner pour permettre la lecture (ou l’écriture) d’une donnée, ce qui est souvent lent. En général, le temps d’accès moyen de la mémoire flash se situe sous la milliseconde, alors qu’un disque dur est aux alentours de douze à quinze millisecondes (pour un disque 7 200 tpm). De plus, la mémoire flash chauffe peu et est extrêmement résistante aux chocs.

Le problème des écritures

L’organisation interne de la mémoire flash est assez spécifique : on travaille avec des blocs de données (typiquement 128 Ko) divisés en pages (en général 2 Ko). Les lectures s’effectuent au niveau de la page (très rapidement) alors que les écritures s’effectuent au niveau des blocs et nécessitent de réécrire entièrement le bloc à chaque fois. Cette particularité a tendance à ralentir les écritures de petits fichiers (sous la taille des blocs), car le temps est donc pratiquement identique à l’écriture d’un bloc complet.

L’usure en question

Le principal reproche que l’on fait à la mémoire flash, c’est sa durée de vie. En simplifiant, on considère que chaque cellule (bit) de mémoire peut recevoir environ 100 000 écritures avant de devenir inutilisable. Premièrement, les dispositifs récents (que ce soit les SSD ou les Compact Flash, nous allons en reparler) sont prévus pour limiter le problème. Deuxièmement, nous utilisons un système à base de carte Compact Flash comme support pour un OS depuis bientôt 18 mois, et il se porte comme un charme (ce qui relativise un peu le problème).

Pour plus d’informations sur la mémoire flash et sa mise en oeuvre dans les SSD, je vous invite à aller (re)lire l’article sur les SSD.

Premier concurrent : quatre Compact Flash en RAID

Pour le premier de nos deux concurrents, nous avons choisi le même matériel que pour notre article précédent : une carte PCI capable d’offrir quatre canaux PATA en RAID 0, quatre adaptateurs Compact Flash vers IDE (des adaptateurs semi-passifs) et quatre cartes Compact Flash de 4 Go.

Le choix des cartes

Pour les cartes, nous avons effectué le même choix que la dernière fois : des Transcend 266x. Ce ne sont pas les meilleures cartes, mais elles sont très performantes, faciles à trouver et elles sont surtout en mode fixed par défaut. Avec certaines cartes RAID et dès qu’on utilise une carte en mode TrueIDE, le mode fixed est préférable. Pour rappel, une carte en mode fixed est vue par le système d’exploitation comme un support fixe, alors que la majorité des cartes sont détectées comme des périphériques amovibles, ce qui pose problème avec Windows (notamment pour la gestion du fichier d’échange). Les cartes sont annoncées à environ 40 Mo/s en lecture et en écriture.

À l’intérieur des cartes

Nous avons courageusement ouvert une carte pour vérifier le type de puce utilisé. Le contrôleur est un Silicon Motion SM223. Il est gravé en 180 nm (pour consommer le moins possible) et gère les Compact Flash à la norme 4.0. On retrouve aussi quatre puces de 8 gigabits (1 gigaoctet) Samsung.

Le choix de la carte RAID et des adaptateurs

Pour la carte RAID, nous avons utilisé la même carte que dans le précédent test : une ACARD AEC-6897. Cette carte PCI 64 bits (utilisée ici en PCI 32 bits) offre quatre canaux PATA (Ultra DMA 6) séparés, ce qui est nécessaire pour vraiment tirer parti de quatre cartes en RAID 0. La carte supporte le RAID 0, le RAID 1, le RAID 1+0 et le RAID 5, mais nous nous sommes limités au RAID 0 pour nos tests. Pour les adaptateurs, nous avons utilisé des adaptateurs Compact Flash vers IDE compatibles avec le mode Ultra DMA et alimentés en 5 V.

Le montage

Notre montage, que nous appelons affectueusement « la pieuvre », est encombrant. Il est composé d’une carte PCI assez longue (64 bits oblige), de quatre nappes IDE, de quatre adaptateurs et de quatre cartes. Il ne rentre pas dans tous les boîtiers, et la discrétion n’est pas son point fort. Maintenant, en dehors des boîtiers éclairés que certains affectionnent, ce n’est pas véritablement un problème.

La vitesse

Avec ce montage de quatre cartes en RAID 0, nous pouvons espérer une vitesse de transfert élevée. En théorie, on devrait atteindre au moins 150 Mo/s, mais en pratique, les tests ont montré que le RAID et la carte limitent un peu les débits. Avec trois cartes, on est aux environs de 70 Mo/s en moyenne. Le principal problème vient du fait que la carte est au format PCI 64 bits (266 Mo/s) et que notre carte mère ne gère que le PCI 32 bits (au mieux 133 Mo/s en théorie). En pratique, on ne peut pas espérer plus que 100 à 120 Mo/s sur du PCI.

Le prix

Pour le prix, nous comptons qu’une carte de 4 Go rapide vaut environ 75 € sur le site de Transcend, une carte RAID commandée aux États-Unis (en profitant de la faiblesse du dollar) aux environs de 50 € et quatre adaptateurs Compact Flash vers IDE à 10 € pièce (environ). L’ensemble vaut donc environ 400 €. Pour les amateurs de capacité, passer à un montage à base de cartes de 8 Go (32 Go au total, donc) augmente le prix d’environ 250 €.

Petite remarque pour les amateurs de sites d’enchères en ligne : les Compact Flash (et la majorité des cartes mémoire) sont touchées par la contrefaçon sur ce type de site et la proportion de fausses cartes est élevée. Concrètement, une fausse carte est moins rapide que l’original, n’est évidemment pas garantie et est (souvent) différente du produit original : la compatibilité Ultra DMA disparaît, la capacité disponible est plus faible que la capacité annoncée, etc. Nous vous déconseillons donc d’acheter vos cartes sur eBay et consorts.

Deuxième concurrent : un SSD de 16 Go

Le deuxième concurrent est un SSD Transcend de 16 Go. Pourquoi un 16 Go alors que le 32 Go est moins onéreux ? Pour la vitesse et parce que le modèle 32 Go utilise de la mémoire MLC alors que le 16 Go utilise de la SLC bien plus efficace.

MLC contre SLC

La mémoire flash existe sous deux formes : la MLC (Multi Layer Cell) et la SLC (Single Layer Cell). La première stocke plusieurs bits dans une seule cellule (typiquement deux, bientôt trois ou quatre), la seconde un seul bit. L’avantage de la MLC, c’est évidemment le prix : on stocke deux fois plus de données dans le même volume physique (ou la même quantité de données dans un volume plus faible). Par contre, la MLC est généralement nettement plus lente en écriture que la SLC, ce qui est un gros point faible. De plus, la durée de vie est moins élevée avec la mémoire MLC, un point très gênant pour une utilisation dans un PC.

Un côté pratique que les Compact Flash n’ont pas

Premier point, c’est plus compact que notre montage à base de Compact Flash. Le SSD est au format 2,5 pouces et rentre dans n’importe quel PC portable qui utilise une interface PATA. Pourquoi ne pas avoir testé le modèle SATA ? Parce que le SSD en lui-même est identique et que nous voulions obtenir les meilleures performances : le modèle SATA, plus onéreux, utilise un adaptateur PATA vers SATA en interne, il n’est pas nativement SATA.

À l’intérieur du SSD

Une fois le SSD ouvert, surprise : on retrouve un contrôleur Silicon Motion SM223. Les lecteurs qui suivent viennent de se rendre compte qu’il s’agit du même contrôleur que celui que nous avions découvert dans les Compact Flash. Une preuve de plus de la très grande parenté entre les Compact Flash et certains SSD. Toujours gravé en 180 nm, il supporte bien évidemment la norme Compact Flash 4.0 (qui fait partie de la norme IDE). On peut considérer que ce SSD est simplement une grosse Compact Flash. On retrouve aussi huit puces de mémoire flash Samsung, avec chacune 16 gigabits de capacité (2 Go). Le PCB peut recevoir huit puces supplémentaires, ce qui porte la capacité totale à 32 Go. Notons que, comme nous allons le voir plus loin, les puces de 2 Go sont en fait composées de deux puces de 1 Go empilées.

La vitesse

Transcend annonce une vitesse de lecture de 30908 Ko/s et 26310 Ko/s en écriture. Oui, c’est précis, et oui c’est bizarre, mais les mesures viennent des datasheets. Comprenne qui pourra. Ces valeurs sont assez moyennes pour un SSD récent, c’est évident.

Au final, ce SSD est très proche de nos Compact Flash : même contrôleur, même type de puce, interface identique (le PATA). Il est simplement moins encombrant et plus facile à intégrer dans un PC (surtout dans un PC portable).

Un match au sommet : les performances théoriques

Passons au test. Est-ce qu’un bricolage assez inesthétique est plus rapide qu’un véritable SSD ? Nous allons le vérifier.

Configuration de test :

• Asus P5K3 Deluxe
• Intel Core 2 Duo E6850 (3 GHz)
• Kingston 2 x 1024 Mo configurés en DDR-3 800 5-5-5-15-21
• Hitachi T7K250 250 Go
• Lecteur DVD Asus 12x
• Tagan U15 Easycon 530 W
• Windows XP Home

Débit en lecture

Sous HD Tach, et c’est normal, le RAID de Compact Flash est loin devant : même avec le bus PCI qui limite quelque peu, les Compact Flash atteignent 95 Mo/s de moyenne, bien plus que le pauvre SSD et ses 25 Mo/s. Notons que le SSD ne demande que 1 % de CPU durant le test, alors que le montage à base de Compact Flash monte à 5 %.

Débit en lecture et en écriture

Avec H2bench, on remarque que le SSD est aussi efficace en lecture qu’en écriture, alors que le montage à base de cartes Compact Flash est nettement plus lent en écriture qu’en lecture. En écriture, on a environ les 2/3 des performances en lecture. Notons que le montage a des performances théoriques équivalentes à celles d’un SSD haut de gamme actuel.

Le temps d’accès

Le temps d’accès est évidemment le gros point fort des systèmes à base de mémoire flash. Est-ce que le RAID a une influence sur ce dernier ? Un SSD est-il plus efficace ?

Les tests ont été effectués avec H2bench et on peut remarquer une chose : le temps d’accès moyen est meilleur sur le SSD que sur le montage à base de cartes Compact Flash. C’est assez logique : le RAID 0 a toujours eu un impact sur le temps d’accès, dû essentiellement à la synchronisation des différents supports de stockage. Malgré tout, la différence est très faible (environ 0,2 ms) et ne pose pas de problèmes outre mesure.

La différence entre le temps d’accès moyen et la valeur maximale

Analysons les autres données : sur le RAID de Compact Flash, le temps d’accès varie très peu entre le temps d’accès minimal et le temps d’accès maximal : il n’y a que 0,47 ms entre les deux valeurs extrêmes. Pour le SSD, c’est assez différent. La première chose à faire est de laisser tomber la valeur minimale de 2,54 ms : le temps d’accès minimal plus élevé que le temps d’accès moyen est un bug de H2bench. Pour le temps d’accès maximal, aussi bizarre que ça puisse paraître, il est parfaitement juste et logique : les puces de mémoire utilisées par Transcend sont en fait composées de plusieurs puces reliées entre elles. C’est le passage de l’une à l’autre qui produit ce temps d’accès maximal, mais dans la pratique c’est un cas extrêmement rare, qui se produit essentiellement avec les programmes de test.

Pour vous donner une idée de la différence entre le temps d’accès sur de la mémoire flash et sur un disque dur, voici deux graphiques provenant d’une analyse avec le programme iPeak :

Comme on le voit, les accès sur un SSD sont regroupés, car la différence entre l’accès le plus rapide et le plus faible est presque nulle. Sur un disque dur, on retrouve une grosse partie des accès dans la partie médiane, alors que les accès très rapides et les accès très lents sont statistiquement bien plus rares.

Au final, on se rend bien compte que le temps d’accès est le principal avantage des SSD, et que même les rares disques 15 000 tpm ne peuvent pas rivaliser sur ce point.

Les performances en pratique

Pour les tests pratiques, nous avons utilisé deux programmes : H2bench et PC Mark dans sa version 05. Les deux programmes effectuent des actions qui sont censées représenter un usage réel pour certains types d’applications (antivirus, traitement de texte, etc.).

H2bench

Quand on analyse le test pratique de H2bench, on se rend compte que la majorité des applications tire parti d’une grande vitesse de lecture. Les applications classiques apprécient la grande vitesse de lecture de notre montage (on obtient une valeur proche de la vitesse de lecture) et il semble plus efficace en copie (sur la même partition) que le SSD. Alors que le montage est proche des valeurs théoriques obtenues (92 Mo/s contre 95 Mo/s), le SSD s’éloigne de ce maximum théorique : 17 Mo/s contre 23 Mo/s.

Pour terminer, l’indice applicatif donné par H2bench est de 15,2 avec le SSD et de 65,3 avec le montage à base de cartes Compact Flash. Cet indice n’a pas d’unité, mais représente une moyenne pour comparer les machines entre elles (ici, seul le support de stockage varie).

PC Mark 05

Les écarts sont un peu plus faibles avec PC Mark 05, mais la suprématie du montage à base de cartes Compact Flash est sans appel. On peut remarquer rapidement deux choses : les valeurs en écriture sont globalement similaires à nos tests théoriques, et le test « antivirus » est très sensible au débit en lecture et calque ses résultats sur cette valeur.

En analysant plus en profondeur, on remarque que les trois valeurs (lancement d’applications, démarrage de Windows et usage général) ne sont pas autant impactées que les autres tests par l’augmentation du débit : alors que le montage à base de cartes Compact Flash est environ quatre fois plus rapides que le SSD, les tests ne donnent pas un écart aussi important. C’est assez simple à comprendre : ces tests mesurent un fonctionnement global, qui dépend d’une série d’autres paramètres. De plus, le temps d’accès est similaire entre les deux solutions. Il faut donc bien comprendre que le débit en lecture ou en écriture, même s’il est évidemment important, ne représente pas non plus le plus gros avantage des SSD.

La consommation et le bruit

Nous avons mesuré la consommation totale de l’alimentation, qui regroupe donc la consommation de la configuration dans son ensemble, ainsi que les pertes de l’alimentation Tagan U15 530 W qui sont de 20 % sur la plage de puissance considérée ici. Notons que la machine ne contenait pas de disques durs (le système était installé sur le périphérique testé). Il s’agit donc bien de la consommation de l’ensemble des composants, pas uniquement des SSD.

Comme on le voit, la consommation d’une carte RAID et de quatre cartes Compact Flash est négligeable : on obtient la même consommation au repos qu’avec le SSD. En charge, la différence de consommation est quasi nulle. Rappelons que le SSD est annoncé à 0,55 W en utilisation (en écriture) et les Compact Flash à 0,5 W (avec une tension de 5 V comme ici) pour une carte (et donc 2 W pour l’ensemble). Le RAID de Compact Flash consomme donc environ la même chose qu’un disque dur 2,5 pouces (2 W), mais avec des performances bien plus élevées.

Un point sur le bruit

Les SSD et les périphériques à base de mémoire flash sont en général silencieux : il n’y a pas de pièces mécaniques. Malgré tout, certains systèmes (dont notre montage de test) sifflent parfois de façon très aiguë durant les accès à la mémoire flash (dans notre cas, durant le test H2bench). En utilisation classique (ou d’ailleurs avec un SSD), le problème ne s’est jamais posé. La solution « flash » est donc idéale pour les amateurs de silence. Attention tout de même, certaines cartes deviennent rapidement très chaudes, et il sera parfois nécessaire d’envisager l’utilisation d’un ventilateur pour refroidir les cartes.

Conclusion

Au final, que choisir ? Avec un budget de 400 €, la solution Compact Flash est clairement plus efficace. C’est plus rapide au niveau des débits et le temps d’accès n’est pratiquement pas modifié par le passage en RAID. Le seul problème de la solution, c’est l’encombrement : le montage prend de la place dans le boîtier. Si une carte RAID PCI-Express avec quatre canaux était disponible (pour éviter le goulot d’étranglement du PCI 32 bits), la solution serait parfaite. Notons que le SSD garde quand même quelques avantages : il est compact et surtout utilisable dans un PC portable.

Pour terminer, notre conclusion reste la même : les SSD et les périphériques à base de mémoire flash en général sont très performants, mais encore trop onéreux. Même si la mémoire flash voit son prix diminuer (et celui des SSD avec), c’est encore loin d’être à la portée du commun des mortels.