Kioxia a montré il y a quelques mois une innovation un peu passée sous les radars : la société japonaise a développé de la mémoire flash qui peut stocker 7 bits par cellule. Cette possibilité permet d'imaginer des SSD de très grande capacité, même si la durée de vie et les performances risquent d'être assez faibles.

Une capacité doublée pressentie

Les premières générations de mémoire flash stockaient un bit par cellule, mais les fabricants de mémoire ont rapidement essayé d'augmenter cette valeur, pour augmenter la capacité. Au fil des années, ils ont réussi à stocker deux — MLC —, trois — TLC — puis quatre (QLC) bits par cellule. Assez logiquement, une mémoire de type QLC stocke donc quatre fois plus de données qu'une mémoire SLC à nombre de transistors identique. La nouvelle mémoire de Kioxia (une société issue de Toshiba), elle, passe à 7 bits.

Kioxia explique que la mémoire en question emploie du silicium monocristallin plutôt que du silicium polycristallin, à des températures extrêmement faibles. Les mémoires classiques travaillent à des températures de l'ordre de 300 K (soit vers 30 °C) alors que la technologie nécessite des températures plus faibles, vers 77 K (soit un peu plus de -200 °C). Si ce point peut faire peur, Kioxia assure que sa mémoire offre un coût par bit significativement plus faible que la mémoire QLC, même en prenant en compte le système de refroidissement.

Pour prendre un exemple concret, les SSD modernes équipés de mémoire QLC peuvent atteindre une capacité de 8 To, comme le Samsung 870 QVO. Le passage sur de la mémoire sur 7 bits devrait donc permettre de doubler la capacité assez rapidement, pour proposer des SSD de 16 To selon les premières projections, même si le passage à 7 bits ne double pas directement la capacité.

Le souci de la durée de vie

L'augmentation de la densité est intéressante pour la capacité, mais elle amène généralement deux défauts. Le premier est une durée de vie en baisse : quand la mémoire SLC est habituellement annoncée avec une durée de vie de l'ordre de 50 000 à 100 000 cycles, la MLC est souvent entre 5 000 et 10 000 cycles, la TLC aux alentours de 3 000 cycles et la QLC vers 1 000 cycles. Les valeurs dépendent de l'organisation physique de la mémoire, mais en simplifiant, une mémoire avec 3 000 cycles peut être écrite au minimum 3 000 fois.

Ce problème de durée de vie est généralement contrebalancé en partie par la capacité en hausse : la gestion de l'usure sert à uniformiser les écritures et doubler la capacité multiplie mécaniquement par deux la durée de vie. Et pour le moment, Kioxia ne donne pas le nombre de cycles attendus avec sa nouvelle mémoire.

Des performances en baisse

Le second problème vient des performances. Si toutes les mémoires offrent de bons débits en lecture, les chiffres en écritures sont très bas sur la mémoire QLC, avec des valeurs de l'ordre de 100 Mo/s, contre facilement le triple sur les puces de mémoire TLC. Encore une fois, il existe une solution largement déployée, qui consiste à utiliser les puces comme s'il s'agissait de mémoire SLC. Elle permet de bonnes performances, mais avec évidemment un bémol : ce cache pseudo-SLC doit être vidé.

Prenons un exemple : dans un SSD de 1 To équipé de mémoire QLC, il est possible dans le meilleur des cas d'écrire un quart du SSD en considérant qu'il s'agit de mémoire SLC. Ensuite, le contrôleur va devoir récupérer les données et les réécrire en mode QLC, plus lentement. De façon très concrète, les performances sont donc élevées sur un quart de l'espace libre, ce qui laisse une certaine marge avec les capacités actuelles. Le passage sur 7 bits réduit mécaniquement la capacité du cache dynamique, un point encore une fois contrebalancé par une capacité globale plus élevée. Et encore une fois, Kioxia n'annonce rien sur les performances.

Pour remplacer les disques durs

Dans les faits, cette mémoire 7 bits pourrait permettre de remplacer les disques durs dans le futur, sans évincer les SSD haut de gamme actuels. Le marché est déjà en partie dans ce type d’agencement : les différences entre les SSD SATA d'entrée de gamme et les modèles NVMe haut de gamme sont déjà très importantes. Et il n'est pas rare de voir des configurations équipées d'un SSD SATA à base de mémoire QLC pour le stockage et d'un modèle M.2 rapide à base de mémoire TLC pour l'OS.