De nos jours, tout le monde, des gamers, monteurs vidéo jusqu’aux responsables de start-ups de logiciels qui lancent des applications dans le cloud, exigent des solutions de stockage de données plus rapides. La raison est simple : les environnements de calcul sont plus rapides et plus performants avec de meilleures technologies, soit moins de latence pour les gamers, des rendus vidéo plus courts pour les monteurs, et une exécution rapide et fluide des workloads dans le cloud pour les entreprises.
Malheureusement, il n’est pas facile de choisir la bonne solution. Des termes peu familiers, des caractéristiques techniques complexes et un nombre apparemment infini d’options potentielles sèment la confusion. Pour réduire le champ des possibles et aider les utilisateurs à trouver la solution adaptée à leurs besoins, nous examinons deux des technologies de stockage de données disponibles parmi les plus utilisées : NVMe et SATA.
Les protocoles NVMe et SATA prennent tous deux en charge les disques SSD, une technologie qui a remplacé au cours de la dernière décennie les disques durs en tant que norme du secteur pour les applications grand public et professionnelles, ainsi que pour les workloads d’entreprise. Contrairement aux disques durs, qui ont une latence et un temps d’accès inhérents, les disques SSD s’appuient sur une mémoire flash et n’ont pas de pièces mobiles, ce qui les rend beaucoup plus rapides.
Les SSD sont des périphériques de stockage à semi-conducteurs qui s’appuient sur la mémoire flash pour stocker des données persistantes dans des systèmes informatiques. Contrairement au stockage magnétique (tels que les disques durs et les lecteurs de disquettes) qui stockent les données à l’aide d’aimants, les disques de stockage SSD utilisent des puces NAND, une technologie de stockage non volatile qui ne nécessite pas de source d’alimentation pour conserver ses données. Selon un rapport récent de Gartner (lien externe à ibm.com), les SSD surpassent actuellement les disques durs en tant que norme du secteur préférée pour les workloads de données structurées.
Le NVMe (Non-Volatile Memory express) est un protocole de communication et de transport de stockage de données pour les disques SSD qui offre un meilleur débit et des temps de réponse plus rapides que ses concurrents. Il a été conçu pour les supports de stockage non volatils haute performance, ce qui en fait une excellente solution pour les environnements de calcul les plus exigeants d’aujourd’hui.
Le NVMe peut déployer des workloads d’entreprise avec une infrastructure plus compacte et moins énergivore que le standard SCSI (Small Computer System Interface), largement utilisé. Les disques NVMe peuvent offrir de meilleurs temps de réponse que les disques durs grâce aux améliorations apportées au pilote de périphérique, permettant le parallélisme et l’interrogation, et contribuant à réduire la latence pour éviter les goulots d’étranglement du processeur.
La technologie de stockage NVMe a été conçue pour remplacer les protocoles SATA (Serial Advanced Technology Attachment) et SAS (Serial Attached SCSI) qui étaient la norme du secteur jusqu’à l’apparition du NVMe en 2011. En plus d’améliorer la capacité de stockage de données et la technologie de transfert, le NVMe a également contribué à l’essor d’autres technologies importantes qui se développaient à peu près au même moment, notamment l’Internet des objets (IdO), l’intelligence artificielle (IA) et le machine learning (ML).
L’une des différences les plus importantes entre les SSD NVMe et les SSD SATA est l’utilisation par les premiers d’un bus PCIe (Peripheral Component Interconnect express) pour accéder au stockage flash. Cette caractéristique des SSD NVMe permet de supprimer le contrôleur intermédiaire, ce qui contribue à réduire la latence. Cependant, les SSD NVMe peuvent également fonctionner sur n’importe quelle interconnexion de type « fabric » (ou maillée), telle que les protocoles Fibre Channel et Ethernet, et au sein d’Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER et NVMe-TCP.
Contrairement aux lecteurs utilisant le protocole SCSI, qui ne peuvent déployer qu’une seule file d’attente de commandes, les SSD NVMe peuvent exécuter des dizaines de milliers de files d’attente de commandes parallèles à la fois. Avec les SSD NVMe, la méthode de connexion est indépendante du protocole. Par exemple, le connecteur PCIe NVMe peut accéder à un seul disque via une connexion PCIe exécutant le protocole NVMe.
Les SSD M.2 sont un facteur de forme ou un connecteur utilisé dans les SSD. Bien que le terme soit souvent employé de manière interchangeable avec le NVMe, il s’agit en fait de deux types différents de technologies de stockage. Alors que les disques NVMe sont reliés à un emplacement PCIe sur une carte mère, augmentant ainsi ses taux de transfert de données, les SSD NVMe m.2 sont un facteur de forme physique qui permet un stockage haute performance dans des appareils de faible dimension et économes en énergie, tels que les ordinateurs portables et les tablettes ultra-minces.
Depuis une quinzaine d’années, l’interface SATA (Serial Advanced Technology Attachment) est la plus utilisée pour transférer des données entre le circuit imprimé d’un ordinateur et un périphérique de stockage interne ou externe. Jusqu’à récemment, presque tous les ordinateurs de bureau et portables étaient équipés de matériel compatible SATA. Cependant, avec l’essor des SSD et le développement de la technologie NVMe spécialement conçue pour eux, la popularité du SATA a commencé à décliner ces dernières années.
SATA a été lancé en 2003 en tant qu’amélioration du standard PATA (Parallel Advanced Technology Attachment), une norme du secteur pour les disquettes internes, les disques durs et les lecteurs de disques optiques. Lorsque ses caractéristiques ont été publiées pour la première fois en 2003, le protocole SATA a immédiatement montré plusieurs avantages clés par rapport aux interfaces PATA, dont les suivants :
L’un des avantages du SATA par rapport au NVMe est sa compatibilité avec le matériel plus ancien. Les disques durs SSD et SATA sont reliés à une carte mère via le matériel du contrôleur. Dans sa configuration la plus simple (mode IDE), le disque dur connecté peut être reconnu comme un périphérique PATA. Cela permet une plus grande compatibilité avec les systèmes plus anciens, moyennant une baisse des performances lorsque le disque SATA est en mode IDE.
Si la compatibilité avec un appareil plus ancien n’est pas une exigence, les utilisateurs peuvent configurer un contrôleur SATA en mode AHCI (Advanced Host Controller Interface) pour obtenir de meilleures performances. Le mode AHCI peut également prendre en charge les interfaces externes et le remplacement à chaud des disques, c’est-à-dire le retrait et la connexion des disques sans mise hors tension.
Un autre mode SATA, le mode RAID (Redundant Array of Independent Disks), offre un niveau supplémentaire de protection des données en permettant aux utilisateurs de stocker des copies des mêmes données à différents emplacements, par exemple sur plusieurs disques durs ou disques SSD.
Le SATA externe (eSATA) est une autre caractéristique importante de la technologie SATA qui prend en charge les disques externes par le biais de zones d’extension spécifiées appelées ports. L’eSATA est plus rapide que ses concurrents et compatible avec de nombreuses technologies de lecteurs de disques existantes, telles que les disques durs, les lecteurs de disquettes, les lecteurs amovibles, les appareils Blu-ray, les CD-ROM et les DVD. Il existe de nombreuses utilisations courantes des disques eSATA, notamment le montage vidéo et audio, ainsi que la sauvegarde des données.
Dans une comparaison directe où seules la vitesse et les performances sont prises en considération, le protocole NVMe est de loin supérieur au SATA. Alors que le SATA a été conçu comme une interface de stockage SCSI pour faciliter le transfert de données spécifiquement vers et depuis les disques durs, le NVMe a été spécialement conçu pour les disques SSD qui utilisent la technologie flash.
Selon un rapport publié en 2023 par International Data Corporation (IDC) (lien externe à ibm.com), le protocole NVMe a été conçu pour accélérer le transfert de données vers les systèmes connectés via un PCI express (PCIe), soit un bus d’extension série standard qui permet de connecter un ordinateur à un ou plusieurs périphériques.
De par sa conception, le NVMe est mieux équipé que SATA pour utiliser les sockets PCIe et transférer des données entre le stockage et le processeur. Lorsque les disques durs étaient encore la norme du secteur pour le stockage et l’accès aux données, SATA était intéressant, mais lorsque les disques SSD ont pris de l’ampleur, le NVMe est rapidement devenu le choix de la plupart des utilisateurs. En outre, le protocole simplifié de NVMe le rend plus adapté que SATA aux applications en temps réel comme le ML et l’IA qui connaissent un véritable engouement ces dernières années. Le NVMe est également bien positionné pour prendre en charge les environnements de stockage cloud hybride, multicloud et mainframe grâce à ses hautes performances intégrées et à la protection des données.
Cependant, il existe encore des cas où le SATA est préféré de certains utilisateurs. Par exemple, il est toujours plus abordable que le NVMe, bien que la popularité des SSD NVMe fasse baisser les prix. Voici une comparaison des deux technologies par capacité.
Les SSD NVMe peuvent offrir des vitesses et des performances bien supérieures à celles des SSD SATA, car ils peuvent envoyer et recevoir des commandes NVMe plus rapidement et fournir un meilleur débit. Alors que les SSD NVMe utilisent PCIe pour connecter le stockage SSD directement à un serveur ou à une unité centrale de traitement (CPU), les SSD SATA utilisent l’interface de bus Serial ATA Express, qui est plus lente.
La capacité de connexion PCIe utilisée par NVMe et sa bande passante sont plus importantes qu’un port SATA. De plus, chaque génération de PCIe double la bande passante de la génération précédente. Quant au SATA, il est fixe et dispose d’une bande passante de liaison inférieure à celle du PCIe, de sorte que les connexions ne s’améliorent avec les générations concomitantes. Les connexions PCIe sont également plus évolutives que les connexions SATA, car elles utilisent des « voies » qui permettent aux utilisateurs de doubler la bande passante au cours de la même génération.
L’une des caractéristiques les plus importantes du NVMe est sa capacité à exécuter des opérations simultanées sur plusieurs threads, ce que l’on appelle le parallélisme. Les SSD NVMe ont une profondeur de file d’attente de 64 000, tandis que les SATA ne peuvent prendre en charge que 32 requêtes d’E/S dans une file d’attente à tout moment. Le NVMe utilise des files d’attente de commandes parallèles et une « boucle d’interrogation » plutôt que le pilote de périphérique basé sur « l’interruption» de ses prédécesseurs, ce qui réduit la latence et les contraintes système.
Quant aux technologies plus récentes, telles que l’IA, le ML et le cloud, le NVMe est une option bien plus compatible que SATA puisqu’il a été développé en parallèle à ces technologies au cours de la même période. Le NVMe fonctionne parfaitement avec tous les systèmes d’exploitation modernes, y compris les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les consoles de jeu. Toutefois, en ce qui concerne la compatibilité avec les technologies plus anciennes (telles que les disques durs), de nombreux appareils anciens équipés de matériel SATA ne sont pas compatibles avec NVMe parce qu’ils ne disposent pas des connexions nécessaires pour les sockets PCIe NVMe.
Bien que les disques NVMe et SATA soient devenus plus abordables ces dernières années, les SSD SATA sont encore les moins coûteux. Par exemple, un disque SATA Samsung 1 To de 2,5 pouces coûte un peu plus de 100 USD, contre environ 170 USD pour son équivalent NVMe (au moment de la rédaction du présent document). Les prix des disques SSD de niveau entreprise varient encore plus et atteignent souvent des milliers de dollars. Bien que le NVMe soit devenu la norme du secteur pour les workloads des entreprises, les disques SSD SATA sont encore largement utilisés sur les PC au lieu des disques durs, car ils sont beaucoup plus rapides.
Le choix entre NVMe et SATA dépend des besoins de l’utilisateur. Pour les PC, le SATA est incontestablement une option moins coûteuse si l’utilisateur est prêt à accepter une vitesse inférieure. Pour les besoins métier au niveau de l’entreprise, les avantages de l’utilisation des NVMe sont évidents, même pour un prix plus élevé. Voici quelques exemples d’applications pratiques des deux technologies :
Pour de nombreux utilisateurs, les disques SSD SATA sont suffisamment rapides pour répondre à leurs besoins quotidiens de stockage et de transfert de données. À un prix inférieur, du moins pour l’instant, ils restent une option intéressante. Cependant, au niveau de l’entreprise, NVMe devient rapidement la norme du secteur.
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