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À première vue, les disques durs (HDD) semblent avoir très peu évolué ces dernières décennies, et c’est tant mieux. Leur format standardisé et leurs interfaces éprouvées garantissent la sécurité des investissements à long terme, faisant des HDD un élément incontournable des infrastructures informatiques, qui sont en constante évolution. Cependant, à l’intérieur, de nombreuses transformations ont eu lieu.

Pour distinguer les disques durs d’entreprise d’il y a 20 ans des modèles actuels, il faut examiner attentivement la surface afin de déceler les différences externes. Le changement le plus notable concerne la taille du circuit imprimé situé sous le disque : il est devenu nettement plus petit et ne s’étend plus sous l’axe supportant les disques. Cela libère de l’espace à l’intérieur du boîtier pour les plateaux magnétiques. De neuf plateaux à l’origine, on est passé à dix, puis, grâce à des disques plus fins, à onze, permettant ainsi des capacités de stockage bien supérieures. Par ailleurs, les disques durs d’entreprise conservent leur format 3,5 pouces et leurs interfaces SATA ou SAS.

Un format intemporel

Le format 3,5 pouces a été initialement choisi pour permettre aux disques durs d’occuper les mêmes baies que les lecteurs de disquettes. Il est rapidement devenu la norme et le reste encore aujourd’hui. Bien que certains disques durs 2,5 pouces tournant à 10 500 ou 15 000 tours par minute (tr/min) subsistent, ces disques performants, avec leurs capacités relativement faibles de quelques téraoctets (To), sont de plus en plus remplacés par les disques SSD. À l’inverse, les disques 3,5 pouces à 7 200 tr/min et d’une capacité supérieure à 20 To restent très demandés et constituent l’épine dorsale des infrastructures de stockage des entreprises, des grands centres de données et des environnements cloud. En effet, ils offrent une grande capacité de stockage à faible coût et représentent tout simplement le support de stockage le plus économique offrant un accès direct. De plus, ce format éprouvé et ses interfaces fiables garantissent une grande sécurité d’investissement. Les entreprises peuvent utiliser sans difficulté les disques durs actuels et les futures générations de disques durs dans leurs systèmes existants – une opération moins simple avec les SSD, compte tenu de la variété des formats disponibles (2,5 pouces, M.2, U.2 et mSATA). Le format standard pour entreprises et centres de données (EDSFF) vise à uniformiser les performances, mais il existe lui aussi en différentes tailles et nécessite l’achat de nouveaux systèmes. À l’inverse, avec les disques durs, les unités existantes peuvent être remplacées à tout moment par des modèles plus récents, par exemple lorsqu’ils arrivent en fin de vie ou lorsqu’une capacité de stockage supplémentaire est nécessaire.

Interfaces rétrocompatibles

L’utilisation de disques durs récents dans des systèmes plus anciens, ou inversement, fonctionne parfaitement, notamment grâce à la rétrocompatibilité des interfaces SATA et SAS. Les disques durs actuels utilisent la norme SATA 3.3 à 6 Gbit/s ou SAS 3.0 à 12 Gbit/s, mais ils sont également compatibles avec les spécifications antérieures, bien qu’à des débits de données inférieurs. Pour SATA, ces débits sont de 1,5 ou 3 Gbit/s, et pour SAS 6, 3 ou 1,5 Gbit/s.

Bien que la norme SAS 4.0 à 24 Gbit/s soit disponible depuis longtemps, cette version n’est pas utilisée pour les disques durs, car la conception mécanique de ces derniers limite le débit de données, et ils ne pourraient de toute façon pas exploiter la bande passante disponible. Il existe cependant des moyens d’augmenter le débit de données des disques durs au-delà de la simple augmentation de la vitesse de rotation. Les fabricants, par exemple, ont développé des disques équipés de deux bras d’actionnement, permettant d’accéder simultanément à différentes zones des plateaux magnétiques afin d’accélérer les opérations d’écriture et de lecture. L’espace étant limité à l’intérieur du boîtier et ne permettant pas l’installation d’un second bras pivotant, ce système utilise deux bras montés sur un seul pivot et pouvant être déplacés indépendamment.

Malgré des débits de données nettement supérieurs, ce concept n’a pas rencontré le succès escompté. Les disques durs privilégient avant tout une capacité de stockage abordable plutôt que les performances pures. Par ailleurs, la vitesse des disques durs actuels est suffisante pour la plupart des usages – il convient de préciser qu’il s’agit de la vitesse des baies de disques et non de celle des disques individuels. Ces dernières peuvent facilement atteindre un débit supérieur à 15 Go/s et plus de 15 000 IOPS. Si cela s’avère encore insuffisant, des SSD peuvent être ajoutés en tant que cache.

Compatibilité et rentabilité prioritaires

L’objectif principal des fabricants de disques durs est donc d’augmenter la capacité. En théorie, cela pourrait être réalisé rapidement en utilisant des boîtiers plus grands pouvant accueillir davantage de plateaux magnétiques. Cependant, comme de nouveaux formats nécessiteraient de nouveaux systèmes pour les prendre en charge, cette option est exclue. Elle irait à l’encontre de l’objectif de garantir la compatibilité et la sécurité des investissements grâce à une conception inchangée. La seule solution restante est donc de réduire l’épaisseur des plateaux et d’augmenter encore la densité de données.

Alors que les disques avaient auparavant une épaisseur de 0,635 mm, les disques les plus récents ne mesurent plus que 0,55 mm, permettant ainsi à un disque 3,5 pouces d’accueillir onze plateaux au lieu de dix. De plus, les nouvelles technologies d’enregistrement augmentent la densité de données de manières très différentes. L’enregistrement magnétique à chevauchement (SMR) utilise des pistes superposées. Grâce à des mécanismes de correction d’erreurs plus sophistiqués, cette technologie est aujourd’hui plus fiable qu’à ses débuts et permet un chevauchement encore plus important des pistes. L’enregistrement magnétique assisté par micro-ondes (MAMR) et l’enregistrement magnétique assisté par chaleur (HAMR), quant à eux, utilisent des micro-ondes ou des faisceaux laser pour réduire l’énergie magnétique nécessaire lors de l’écriture. Cela permet de réduire la taille de la tête d’écriture et d’écrire les bits et les pistes avec une densité accrue. La technologie MAMR est actuellement la plus mature et, selon les experts du secteur, devrait permettre de proposer des disques durs d’une capacité allant jusqu’à 40 To dans les années à venir. La technologie HAMR devrait ensuite prendre le relais, offrant un potentiel encore plus grand et permettant des capacités supérieures.

À mesure que les fabricants développent les technologies MAMR et HAMR, ils accordent une attention particulière à la rentabilité des processus de production, car l’exigence principale est que les nouvelles technologies n’augmentent pas le prix par unité de capacité. Après tout, les disques durs ne doivent pas perdre leur principal atout : leur rentabilité. Ces dernières années, la capacité a augmenté d’environ 2 To par an à coût constant, et les technologies MAMR et HAMR visent à garantir la poursuite de cette tendance. Le format standardisé et les interfaces éprouvées permettent aux entreprises, aux opérateurs de centres de données et aux fournisseurs de services cloud d’en bénéficier sans avoir à remplacer leurs serveurs et leurs systèmes de stockage.