L’Institute of Electrical and Electronics Engineers ou (IEEE) est une association professionnelle regroupant plusieurs centaines de milliers de membres. Elle vient de publier sa feuille de route pour les 13 prochaines années sur le petit monde du stockage.

SSD : toujours plus de couches et de bits par cellule

On attaque directement avec les SSD. L’IEEE explique que 2024 « est une année de reprise » après des années 2022 et 2023 « qui étaient en baisse en raison du temps nécessaire pour vider les stocks ». Les évolutions de la mémoire NAND se concentrent sur deux points : une augmentation du nombre de couches d’un côté, et une augmentation du nombre de bits par cellule de l’autre. Dans les deux, l’objectif est le même : augmenter la densité.

Mais tout n’est pas aussi facile dans la pratique : « les réductions de coûts liées à l'ajout de couches supplémentaires deviennent moins perceptibles, et un plus grand nombre de bits par cellule entraîne à la fois une endurance et des performances inférieures ». Comme pour tout, il faut donc faire des arbitrages.

Actuellement, il existe pour rappel plusieurs types de NAND : SLC (un bit par cellule), MLC (deux bits par cellule), TLC (trois bits par cellule) et QLC (quatre bits par cellule). Des travaux sont en cours sur la PLC avec cinq bits par cellule. Si sur le papier, c'est assez simple, la mise en œuvre est plus compliquée, même si plusieurs fabricants travaillent sur cette technologie, depuis des années.

La PLC doit, en effet, gérer correctement pas moins de 32 niveaux de tension. Il y en a seulement 2 en SLC (correspondant à 0 ou 1), quatre en MLC avec deux bits par cellule (00, 01, 10 et 11), huit en TLC (000, 001, 010, 011, 100… jusqu'à 111), seize en QLC (0000, 0001… 0010 jusqu'à 1111). Plus on augmente le nombre de bits par cellule, plus la cellule est sollicitée, ce qui réduit sa durée de vie et ses performances.

La course sans fin (ou presque) à la densité

Le nombre de couches augmente donc année après année, permettant ainsi d’augmenter la densité, et donc la capacité des SSD. Cet été par exemple, Micron a annoncé des puces avec 276 couches.

L’IEEE prévoit que l’industrie va dépasser les 300 couches en 2025 (elle ne se mouille pas trop), puis les 500 couches à l’horizon 2027. Elle ne fait aucune prévision pour les années suivantes. La densité des puces devrait passer de 1 à 2 Tb l’année prochaine, puis à 2/4 Tb en 2027 et enfin 4/8 Tb en 2029. Des fourchettes relativement larges, mais avec tout de même quatre à fois huit fois plus de densité d’ici seulement cinq ans.

L’IEEE apporte une précision intéressante : « Pour chaque couche supplémentaire en NAND 3D, il y a une augmentation de la densité, mais également une augmentation du temps de traitement et du coût du wafer. Par conséquent, la diminution du coût par bit ne suit pas directement l’augmentation de la densité des puces ».

De plus, il y a une « limite au nombre de couches que l’on pourra obtenir avec de la 3D NAND, mais il faudra un certain temps avant qu’elle ne soit atteinte. En 2024, des projections allant jusqu'à 1 000
couches ont été discutées ».

Les HDD de plus de 30 To sont déjà là

Passons maintenant aux disques durs. Cela ne surprendra pas grand monde, mais « le nombre total d'unités de HDD expédiées continue de diminuer, les anciens disques durs sont remplacés par des SSD ». Mais cela ne concerne pas tous les marchés. Dans les datacenters, les HDD ont toujours la cote pour leur prix au Go et leur densité : « la demande croît toujours pour le stockage sur disque dur dans les applications Big Data, y compris l'IA ».

Actuellement, les plus gros HDD affichent une capacité de plus de 30 To, toujours dans un format de 3,5". C’est le cas des Mozaic 3 + de Seagate avec 32 To l’année dernière, ainsi que 36 et 40 To dans les cartons, avec 50 To en ligne de mire pour les prochaines années. Les estimations de Seagate et de l’IEEE tablent sur 2026 ou 2027.

Ces disques durs exploitent une nouvelle technologie baptisée HAMR. Western Digital mise de son côté sur un procédé différent – MAMR – mais avec la même finalité : augmenter fortement la densité. Sur une technologie classique, les HDD sont actuellement à 24 To (CMR) et même jusqu’à 28 To en SMR.

SMR pour Shingled Magnetic Recording, c’est-à-dire avec une superposition des pistes sur les plateaux afin d'augmenter la densité. Ce n’est pas nouveau (loin de là), mais pas sans conséquence, car cela peut engendrer une chute de performances parfois importante sur l'écriture à cause du phénomène d'amplification.

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Des HDD de 3,5" jusqu’à 100 To

La feuille de route de l’IEEE prévoit donc 40 To pour 2025, puis 60 To en 2028, soit dans quatre ans. En 2031, il est question de 75 To puis de 90 To en 2034 et enfin de 100 To en 2037, soit dans 13 ans. À ce moment-là, le coût par To devrait passer sous les 2 dollars, contre 7 dollars actuellement, selon l’IEEE.

L’ADN en embuscade

L’IEEE revient aussi sur les évolutions à venir sur le stockage sur bande et optique, ainsi que sur le stockage ADN. Elle explique que « le stockage des données par ADN a été démontré en laboratoire, mais les coûts de lecture et d'écriture des données sur l'ADN synthétique sont actuellement trop élevés pour des applications pratiques ».

Elle y voit néanmoins de belles perspectives : « en raison du rythme de développement technologique de la génomique pour les applications médicales, les coûts de lecture et d’écriture de l’ADN synthétique sont en baisse, ce qui pourrait faire de l’ADN une alternative abordable pour le stockage d’archives dans un avenir proche. Le stockage de l'ADN se fera probablement dans une sorte de système de bibliothèque comme une bande magnétique ou des disques optiques ».

Lors du salon VivaTech, nous vous avons pour rappel présenté les travaux et perspectives de Biomemory. L’entreprise veut s’installer dans les datacenters et veut passer d’une vitesse d’écriture de 1 ko par jour à 1 Po en 2026 (soit 11,6 Go/s). La société ne veut pas réinventer la roue et, au contraire, réutiliser tout ce qui est standard pour simplifier ses travaux et réduire ses coûts. Elle espère à terme que le stockage ADN sera moins cher que les bandes.

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