Disque dur A-t-il encore un avenir ?

Si les SSD ont clairement vocation à remplacer les disques durs traditionnels sur les postes clients, les serveurs et les infrastructures de stockage des entreprises, le disque dur est loin d’avoir tiré sa référence. Mieux, la demande du marché continue de croître à un rythme extrêmement soutenu. Les analystes de Techno System Research accordent même à ce marché du bon vieux disque dur un taux de croissance annuel de + 27 % par an sur la période 2019 à 2023.

La question est de savoir qui achète autant de disques durs aujourd’hui alors que le full flash est le nec plus ultra du stockage ? Aucun mystère, ce sont les opérateurs d’infrastructure cloud, les Hyperscalers, qui sont en train d’aspirer une part de plus en plus importante de la production mondiale de disques magnétiques. En 2019, les fabricants – qu’il s’agisse de Seagate, Western Digital ou Toshiba – ont livré pour 869 exaoctets de disque dur, soit 89,6 millions de disques de 10 To. En 2023, cette production aura quasiment doublée et atteindra 1 558 exaoctets ! La demande de disques, actuellement majoritairement tirée en volume par les postes clients, aura alors définitivement basculée du côté des entreprises et des Cloud Service Providers.

Pressurisés à l’hélium
Le disque dur magnétique – ou mécanique comme aiment à l’appeler les fournisseurs de SSD – n’est pas mort. Mieux, pour faire face à cette insatiable demande en capacité des Hyperscalers, les fabricants doivent continuer à innover pour augmenter la capacité unitaire des disques ainsi que, plus marginalement si on les compare aux SSD, leurs performances.

Lors de sa dernière conférence de presse, Hiroshi Fukuchi, président et CEO de Toshiba, a livré quelques pistes de recherche pour les années à venir. Le Japonais travaille à la fois sur des disques à très haute densité pour les Hyperscalers, mais espère aussi satisfaire l’émergence d’un marché de petits et moyens datacenters qui correspond à l’Edge Computing. Plus hasardeux, celui-ci espère aussi placer ses disques sur le marché de la sécurité et plus particulièrement des caméras connectées.

Toshiba a agrandi son usine aux Philippines pour augmenter ses capacités de production et, du point de vue technologique, il continue à innover. La majorité des disques livrés en 2020 seront pressurisés à hélium, une technique qui permet de réduire les frottements et donc l’échauffement du disque. Annoncée en 2012, cette technique devient dominante aujourd’hui. En outre, Toshiba fut le premier à introduire des disques avec 9 plateaux et va devoir passer à 10 pour accroître encore la capacité du disque et passer la barre des 20 To.

La technologie SMR booste de 25 %
Pour augmenter encore la densité des données stockées sur chaque plateau, les fabricants exploitent de plus en plus l’enregistrement de type Shingled Magnetic Recording (SMR). Sachant que l’écriture des données sur le disque nécessite plus d’espace sur le plateau que la lecture, l’idée était de faire se chevaucher les pistes au moment de l’écriture. Cette astuce est aujourd’hui largement adoptée chez les Hyperscaler car elle a permis de booster de 25 % la capacité d’un disque grâce à cette meilleure exploitation de la surface du plateau. Pour les fabricants de disques, le SMR a permis d’augmenter le nombre de pistes de chaque plateau à moindre frais.

Dropbox a été le premier à déployer des disques Western Digital SMR de 14 To sur une infrastructure de stockage dont la capacité est de l’ordre de l’exaoctet. En optimisant encore le positionnement des pistes, le constructeur américain est parvenu à tirer 14 To de ses disques Ultrastar et espère atteindre la barre des 20 To en 2020.

Néanmoins, le SMR impose de nouvelles contraintes, notamment celle de devoir gérer le disque par zone. Tout comme les zones d’effacement des mémoires flash, il n’est plus possible d’effacer et d’écrire des données de manière totalement libre et aléatoire sur la surface du disque. Les pistes se chevauchant, gérer l’effacement et la réécriture de données sur une piste devient un vrai casse-tête pour ne pas effacer les pistes voisines, ce qui impose une gestion des écritures par zone.

Cette complexité est telle que les Hyperscalers sont conduits à aller vers des disques SMR où certaines zones restent sur un mode d’écriture des pistes traditionnelle, CMR (Conventional Magnetic Recording), où l’on peut faire librement des lectures/écritures de manière réellement aléatoire et des zones SMR, avec des règles d’effacement et d’écriture strictes à observer.

Pour ajouter un peu plus de complexité, les opérateurs cloud veulent pouvoir faire évoluer ces zones de manière dynamique, en fonction du besoin mais sans détruire de données et le tout en production dans le datacenter. Theodore Ts’o, développeur du kernel Linux chez Google, a présenté cette approche lors d’une conférence de l’Open Compute Project, preuve que les Hyperscalers suivent de très près les innovations réalisées sur les disques qu’ils consomment par millions.