Qu’est-ce qu’un contrôleur de stockage ?

La quantité de données produites par les êtres humains est impressionnante. En 2024, elle est estimée à 149 zettaoctets, et devrait atteindre 181 zettaoctets d’ici fin 2025.

Pour mieux comprendre l’ampleur, un zettaoctet équivaut à 1 000 exaoctets, 1 milliard de téraoctets ou 1 000 milliards de gigaoctets. En d’autres termes, un zettaoctet équivaut à 250 milliards de DVD.  

Tout cela pour dire que la gestion des données est une composante majeure des systèmes informatiques dont les centres de données d’entreprise, les plateformes cloud, les appareils IdO et les plateformes numériques. Mais toutes les données ne se valent pas.

La plupart des données que nous créons sont éphémères, destinées à être utilisées et jetées rapidement, tandis que d’autres sont plus durables. Certaines données sont conservées pour être stockées et récupérées à moyen terme, tandis que d’autres sont conservées à des fins d’archivage ou de sauvegarde à long terme. 

Selon l’objectif des données créées et stockées, certains types de supports de stockage sont mieux adaptés que d’autres. Qu’il s’agisse d’options simples, comme les disquettes et les clés USB, ou robustes et complexes comme le SAN (storage area network) et les systèmes de stockage en réseau (NAS), les ordinateurs s’appuient sur des contrôleurs de stockage (également appelés contrôleurs de disque ou processeurs de stockage) pour écrire et récupérer les données entre les périphériques de stockage et l’unité centrale de l’ordinateur. 

Dans la plupart des cas, les cartes de type contrôleur de stockage sont des unités matérielles physiques, parfois intégrées directement dans la carte système des ordinateurs. Dans le cas des machines virtuelles (VM) ou d’autres environnements virtualisés, un contrôleur de stockage virtuel basé sur un logiciel peut être utilisé pour simuler la fonction des contrôleurs physiques. Dans ces types de systèmes informatiques, les contrôleurs de stockage virtualisés sont des composants du logiciel hyperviseur global, qui permet de gérer les ressources de stockage provenant de plusieurs périphériques physiques.   

Voici les principaux composants d’un contrôleur de stockage :

• Interface hôte : la connexion physique qui permet à un contrôleur de stockage de communiquer avec le système hôte. Les périphériques de stockage internes s’appuient sur des normes telles que PCI Express (PCIe) pour les connexions à haut débit, tandis que les SAN utilisent des protocoles tels que FibreChannel (FC) ou NVMe over Fabrics pour assurer la connectivité externe.
• Processeur : les contrôleurs de stockage disposent de leur propre processeur dédié à la gestion des opérations d’entrée/de sortie (E/S). 
• Mémoire cache : la mémoire cache du contrôleur de stockage est généralement composée de DRAM volatile. Ce stockage temporaire à grande vitesse se trouve sur le contrôleur et stocke les données fréquemment consultées, auxquelles on peut accéder plus rapidement qu’aux données stockées sur le ou les dispositifs de stockage connectés. 
• Interface disque : l’interface disque est la connexion physique entre le contrôleur de stockage et les périphériques de stockage. 
• Unité de sauvegarde à batterie ou à condensateur : dans le cas des contrôleurs de stockage capables d’écrire dans la mémoire cache intégrée, les unités de sauvegarde à batterie (BBU) ou les modules condensateurs plus flash sont essentiels. Cela permet au contrôleur de préserver toutes les données écrites dans la mémoire flash volatile en cas de panne de courant. Il s’agit d’alimentations intégrées à l’unité.

Pour faciliter le transfert de données, les contrôleurs de stockage effectuent plusieurs tâches afin de profiter des avantages d'un support de stockage particulier. Ils permettent également de prévenir divers défis et obstacles susceptibles d’empêcher le système informatique d’optimiser pleinement ses capacités de stockage. 

Pour assurer un accès fluide et efficace au stockage, les contrôleurs proposent ces principales fonctionnalités :

• Transfert et gestion des données : la fonction la plus élémentaire d’un contrôleur de stockage est de servir de pont entre un périphérique de stockage et la mémoire opérationnelle de l’ordinateur. En fonction du type de support de stockage et des interfaces et protocoles associés, les contrôleurs de stockage rendront le transfert de données plus rapide et plus efficace, afin d’améliorer la performance globale du système tout en luttant contre la latence.
• Validation des données et traitement tolérant aux pannes : les contrôleurs de stockage vérifient l’exactitude des données transférées et effectuent un traitement tolérant aux pannes des données erronées, afin de garantir l’exactitude des données et de réduire les interruptions causées par les erreurs.
• Compression et décompression : si nécessaire, les contrôleurs de stockage peuvent compresser et décompresser les données pour améliorer la vitesse de transmission et réduire la pression sur les données causée par les fichiers volumineux.
• Services de protection et de sauvegarde des données : de nombreux contrôleurs de stockage proposent des fonctionnalités conçues pour assurer la protection et la redondance des données, telles que les configurations RAID (réseau redondant de disques indépendants) et le codage par effacement. Ces fonctionnalités permettent de sécuriser et de sauvegarder les données, et peuvent s’avérer extrêmement utiles pour améliorer la tolérance aux pannes et les temps de récupération. 
• Compatibilité des interfaces : lorsque l’on associe une grande variété de solutions de stockage à une myriade de configurations de systèmes d’exploitation et de matériel informatique, la compatibilité devient une préoccupation majeure. Les contrôleurs de stockage permettent de résoudre les problèmes de compatibilité en gérant les différents protocoles entre les interfaces des différents périphériques de stockage tels que SATA (serial ATA), SCSI (serial attached SCSI), PCIe (peripheral component interconnect express), et les différents systèmes matériels et d’exploitation (par exemple , Microsoft Windows, Linux). 
• Gestion de la mémoire cache : bien qu’elle ne soit pas la norme dans toutes les options, la mémoire cache intégrée est une fonctionnalité commune aux contrôleurs de stockage. Le cache intégré avec gestion automatique dynamique stocke les données fréquemment consultées pour un accès rapide et aide les systèmes à optimiser la performance et la réactivité.
• Prise en charge de la gestion des volumes logiques : la gestion des volumes logiques (LVM) est une technologie essentielle pour partitionner, organiser et utiliser efficacement le stockage système disponible. La LVM permet de créer des pools de stockage virtuels flexibles et dynamiques, appelés volumes logiques, en regroupant les disques physiques dans des groupes de volumes (VG) à partir de l’espace de stockage partagé. Les contrôleurs de stockage permettent aux administrateurs système de gérer et de redimensionner les volumes de stockage en temps réel, de créer des instantanés de sauvegarde et de consolider différents disques physiques. Cette consolidation peut devenir un pool partageable pour assurer une capacité de stockage optimale, avec un temps d’arrêt minime.
• Surveillance et rapports : en supervisant la disponibilité et la performance du stockage, les contrôleurs de stockage sont extrêmement utiles pour fournir une surveillance et des instantanés en temps réel, offrant des informations importantes sur l’intégrité, la performance, la capacité et l’état opérationnel des périphériques de stockage connectés. Grâce à ces informations, les administrateurs système sont mieux préparés à assurer une maintenance proactive, à identifier et à résoudre les problèmes afin d’éviter les temps d’arrêt du système ou la perte de données critiques. 

Les contrôleurs de stockage peuvent être divisés en deux groupes principaux, en fonction de leur interface ou de leur fonction.

Si tout contrôleur de stockage est chargé de gérer la communication entre l’unité centrale et les périphériques de stockage, chaque type est spécialement conçu pour des objectifs et des environnements particuliers. 

Certains contrôleurs de stockage sont conçus pour assurer la compatibilité des interfaces :

• Contrôleurs SATA (AHCI) : les contrôleurs SATA (AHCI) sont utilisés pour gérer les périphériques de stockage basés sur SATA, y compris les disques durs et les disques SSD SATA. Économique et bien adaptée à l’informatique générale, SATA est une interface couramment utilisée dans les systèmes grand public, notamment les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables, les dispositifs de jeux et les serveurs personnels. Les environnements particuliers et les petites entreprises ayant peu de besoins en stockage et moins de transfert de données à haut débit s’appuient souvent sur le stockage et les contrôleurs SATA.
• Contrôleurs SAS : les contrôleurs SAS sont utilisés avec les disques durs et SSD SCSI (SAS). Utilisé pour les tâches informatiques haute performance, l’interface SAS permet des taux de transfert plus élevés que l’interface SATA. Les contrôleurs SAS sont souvent compatibles avec les périphériques SATA, offrant une configuration de stockage plus flexible, avec plus d’options. Ces types de contrôleurs et de dispositifs sont couramment utilisés dans les environnements d’entreprise. Ils sont employés pour les bases de données à grande échelle et les tâches de virtualisation complexes, lorsqu’un transfert de données fiable et à haut débit est exigé.

Les contrôleurs SAS sont également parfaitement adaptés à la connexion en série de plusieurs périphériques de stockage, ce qui en fait un excellent choix pour les opérations privilégiant les solutions évolutives. Dans ces situations, un composant matériel appelé carte d’extension SAS peut être utilisé pour augmenter le nombre de disques SAS ou SATA que l’adaptateur de bus hôte (HBA) du système peut accepter.

Les contrôleurs basés sur les fonctions sont conçus pour s’adapter aux périphériques de stockage en fonction des protocoles d’interface et des fonctionnalités prévues. En voici quelques exemples :

• Contrôleurs RAID : la technologie de stockage RAID combine plusieurs unités de stockage au sein d’un seul pool de stockage pour améliorer la performance et la redondance. Grâce à des techniques telles que le striping (qui divise les données en parties plus petites pour assurer une écriture simultanée rapide sur plusieurs disques) et la mise en miroir (qui duplique les données pour la redondance), la technologie RAID offre une protection contre les pannes de disque et augmente le débit de données. Les contrôleurs RAID sont conçus pour prendre en charge différents niveaux RAID (RAID 0, RAID 1, RAID 5 et ainsi de suite jusqu’à RAID 60), chacun offrant différents degrés et combinaisons de performance et de redondance.
• Contrôleurs de réseau de stockage : les contrôleurs de réseau de stockage sont utilisés pour gérer d’énormes réseaux de périphériques de stockage conçus pour les systèmes haut de gamme, qui exigent un transfert de données rapide et hautement disponible, ainsi qu’une redondance fiable. Les réseaux de stockage qui utilisent ce type de contrôleur peuvent en fait avoir plusieurs contrôleurs pour améliorer la fonctionnalité et la fiabilité.