Les disques SSD modernes de niveau passionné offrent des performances imbattables. Pourtant, ils ont tendance à produire une quantité importante de chaleur, ce qui peut nuire aux performances et endommager les données sur les puces flash NAND. Phison dit qu’à mesure que les disques deviennent plus avancés, ils deviennent également plus chauds, alors attendez-vous à ce que les SSD PCIe Gen 5 haut de gamme nécessitent un refroidissement actif à l’aide d’un ventilateur (peut-être, comme celui illustré ci-dessus). Pendant ce temps, la société affirme qu’elle s’efforce de réduire la chaleur de ses contrôleurs, car des applications telles que les ordinateurs portables ou les ordinateurs de bureau compacts ne peuvent pas accueillir de grands refroidisseurs.
« Il y a beaucoup de choses que nous faisons pour maintenir la puissance du SSD dans une enveloppe raisonnable », a déclaré Sébastien Jean, directeur technique chez Phison, dans une récente interview avec MSI Insider et StorageReview. « Mais à coup sûr, les SSD vont être plus chauds, de la même manière que le CPU et le GPU sont devenus plus chauds dans les années 1990. Alors que nous passons aux Gen5 et Gen6, nous devrons peut-être envisager un refroidissement actif. »
Une capacité plus élevée conduit à des contrôleurs complexes
Pour gagner en capacité, la mémoire flash 3D NAND gagne le nombre de couches ou augmente le nombre de niveaux de charge qu’elle peut stocker dans une seule cellule. Cependant, l’augmentation du nombre de couches réduit généralement la taille physique d’une cellule, ce qui affecte fondamentalement sa capacité à stocker les charges de manière fiable (quelque peu atténuée par l’adoption de nouveaux matériaux). En revanche, la transition d’une architecture cellulaire à trois niveaux à une architecture à quatre niveaux réduit radicalement le nombre de cycles de programmation/effacement (P/E) qu’une cellule peut endurer. Comme les deux méthodes d’augmentation de la densité d’enregistrement 3D NAND coexistent, cela conduit finalement à la dégradation de la qualité du signal que ces cellules NAND produisent. Par conséquent, les contrôleurs SSD doivent adopter des méthodes de correction d’erreurs plus sophistiquées pour traiter ces signaux.
Ces méthodes sophistiquées comportent des algorithmes de code de contrôle de parité à faible densité (LDPC). Ceux-ci ont tendance à être gourmands en calcul, donc ces dernières années, les contrôleurs SSD ont gagné en complexité et en capacités de calcul. Puisque nous n’irons nulle part sans ces algorithmes, les contrôleurs continueront de devenir plus performants et plus chauds.
Les développeurs de contrôleurs SSD comme Phison adoptent des technologies de processus plus sophistiquées pour leurs contrôleurs les plus avancés. Pourtant, il semble que le rythme d’adoption soit un peu plus lent que le rythme de complexité croissante, c’est pourquoi pour l’instant, les contrôleurs SSD pour les applications de niveau passionné et d’entreprise/serveur continuent de gagner en puissance de conception thermique (TDP).
Températures : 120 °C pour le contrôleur, mais seulement 70 °C pour les circuits intégrés NAND
Un lecteur avide sait que les CPU et GPU modernes peuvent supporter des températures plutôt extrêmes d’environ 100 degrés Celsius et même plus (bien qu’au prix de la dégradation du silicium, qui fonctionne de manière fiable dans les spécifications mais perd ses capacités d’overclocking). Il en va de même pour les contrôleurs SSD. Produit par des fabricants sous contrat comme TSMC, ces types peuvent survivre à des températures allant jusqu’à 120 degrés Celsius, selon Phison.
Mais le problème est qu’à 120 degrés Celsius, le contrôleur chauffe les CI NAND 3D, et il devient beaucoup moins fiable à des températures de 75 degrés Celsius et plus. Ainsi, pour éviter la perte de données, les contrôleurs commencent généralement à s’étrangler à des températures élevées, ce qui a un impact sur les performances.
« La mémoire NAND 3D peut gérer de 0 °C (32 °F) à n’importe quelle température comprise entre 70 °C et 85 °C (158 °F à 185 °F), selon la qualité de la NAND », a déclaré Jean. « Et à mesure que la chaleur augmente, la rétention des données dans la NAND diminue. […] Si la plupart de vos données ont été écrites à chaud et que vous les lisez à froid, vous avez une énorme variation de température croisée. Le SSD peut gérer cela, ce qui se traduit par davantage de corrections d’erreurs. Donc débit maximum plus bas. Le point idéal pour un SSD se situe entre 25 °C et 50 °C (77 °F à 122 °F). »
Pendant ce temps, tous les contrôleurs SSD ne sont pas complexes et gourmands en énergie ; les appareils pour SSD grand public ont une consommation d’énergie et des températures raisonnables. Ils s’intègrent dans les ordinateurs portables et continueront de s’y adapter dans un avenir prévisible. En prime, ils vont également augmenter les performances.
Refroidissement : plusieurs façons
Les SSD ont tendance à s’arrêter de manière critique lorsqu’ils détectent que la température de la NAND est supérieure à 80 degrés Celsius, le refroidissement est donc essentiel pour ces disques. Dans le cas d’un facteur de forme M.2, les SSD ont deux façons naturelles de les refroidir : la conduction (via des contacts en cuivre/or sur le disque et la vis qui les fixe en position) et la convection (dissiper la chaleur dans l’air ). Cependant, il ne suffit pas de refroidir les SSD hautes performances, ils sont donc déjà équipés de gros dissipateurs de chaleur et auront besoin d’un refroidissement actif.
« Je m’attendrais à voir des dissipateurs thermiques pour Gen5 », a déclaré Jean dans le contexte des disques haut de gamme. « Mais finalement, nous aurons également besoin d’un ventilateur qui pousse l’air juste au-dessus du dissipateur thermique. »
Fait intéressant, les fabricants de SSD bon marché ont tendance à regrouper des vis en plastique ou en nylon, les laissant essentiellement sans moyen de refroidissement crucial. Phison recommande d’utiliser des vis appropriées en aluminium, mais parfois le coût de la nomenclature prévaut sur les questions de fiabilité et de performance.
Différents SSD
Mais tous les SSD ne peuvent pas accueillir un refroidissement actif ou même un dissipateur thermique surdimensionné. Par exemple, les ordinateurs portables (qui représentent environ 75 % des ventes de PC) ne le peuvent pas. Par conséquent, les développeurs de SSD comme Phison doivent adopter différentes stratégies.
L’un d’eux consiste à utiliser une technologie de processus plus mince. Au nombre exact de transistors, une puce de classe 7 nm consommera moins d’énergie et émettra moins de puissance thermique qu’une puce similaire fabriquée à l’aide d’un nœud de classe 16 nm. Cela contribue également à rendre ces puces plus petites et, dans certains cas, moins chères à fabriquer (le N7 de TSMC est nettement plus cher que le N16 de TSMC, de sorte que la transition vers un nœud plus fin ne signifie pas nécessairement un coût de fabrication inférieur).
Une puce mineure signifie également moins d’espace pour les interfaces physiques, de sorte que les concepteurs ont tendance à réduire le nombre de canaux NAND dans les lecteurs clients, ce qui réduit les coûts et réduit la consommation d’énergie. En fin de compte, les débits de données élevés des périphériques NAND modernes pris en charge de nos jours (nous parlons ici d’interfaces de 1200 MT/s, et avec les générations suivantes, ces taux de transfert augmenteront) saturent une interface PCIe Gen4 x2 aujourd’hui. Les OEM de PC le croient est suffisant pour les systèmes grand public. Alors que Tom’s Hardware s’agite constamment pour obtenir les meilleures performances possibles, nous comprenons que de nombreuses applications bénéficient de dimensions compactes.
Sommaire
À mesure que les SSD gagnent en capacité et en performances, leurs contrôleurs doivent également gagner en capacités de calcul et en complexité, ce qui signifie dans de nombreux cas une augmentation de la consommation d’énergie. Cependant, les développeurs de contrôleurs SSD – comme Phison – atténuent les besoins croissants en capacités informatiques en utilisant des technologies de processus plus minces et en réduisant le nombre de canaux NAND et de voies PCIe.
Alors que Phison s’attend à ce que les SSD grand public restent suffisamment froids pour tenir dans les ordinateurs portables, il envisage que les SSD hautes performances nécessitent des systèmes de refroidissement sophistiqués avec un ventilateur.