• La capacité de stockage

• Le temps d'accès au disque et le temps de latence

• Le taux de transfert (ou "débit")

D'autres axes de progrès sont également à l'ordre du jour, comme la réduction du bruit de fonctionnement du disque et la réduction de la chaleur du disque en rotation, ces deux points étant particulièrement critiques pour les disques avec une vitesse de rotation supérieure ou égale à 10 000 tours/minute. 

La capacité de stockage 

C'est à la fois un argument publicitaire (plus, c'est mieux!), mais aussi un élément indispensable pour le stockage de nombreuses images, et mieux, de films au format MP4, de vidéos et autres longs documents multimédias. Les jeux en 3D sont également de gros consommateurs d'espace disque. En revanche, les applications bureautiques typiques sont beaucoup moins gourmandes en espace disque, et des disques de capacité moyenne, entre 10 et 20 Go, voire moins, suffisent dans la majorité des cas. Pour un disque dur dédié exclusivement au stockage, ni un débit important, ni un temps d'accès très faible ne sont importants, le critère prépondérant est la capacité du disque et son débit est secondaire. En gros, les disques actuels vont de 10 Go à 75 Go en IDE, et de 9,1 Go à 73 Go en SCSI… Il est à noter que la capacité d'un disque (à modèle équivalent) n'a pas d'influence sur ses performances. 

Un petit conseil cependant: il n'est pas utile d'acheter un disque dur de capacité faramineuse en pensant "préparer l'avenir", car le coût du Giga-octet baisse tellement vite qu'un "gros" disque dur acheté aujourd'hui ne sera vraisemblablement rempli qu'à 30% dans un an, et que ses performances seront dépassées de toutes façons!... 

A l'heure de la rédaction de ce dossier, pratiquement tous les grands du secteur ont à leur catalogue un disque dur d'une capacité d'au moins 100 Go. Exemples ci-dessous:

Western Digital Caviar WD1200BB  (120 Go)

Maxtor DiamondMax D540X Ultra ATA 133  (160 Go) (pdf)

Seagate Barracuda 180  (180 Go) un article sur ce disque dur est disponible sur Dataligence.  

Pour accroître la capacité des disques durs, les fabricants augmentent le nombre de plateaux et/ou accroissent la densité, qui s'échelonne de 7 à 40 Go/plateau pour les disques avec interface IDE, comme c'est le cas pour le Caviar WD1200BB de Western Digital, et de 3 à 18 Go/plateau pour les disques SCSI.

La densité ne doit pas être confondue avec la densité surfacique, qui s'exprime en Gbits/in², c'est-à-dire en Giga-bits (pas octets!) par pouce carré (1 in² = 6,45 cm carré) L'augmentation de la densité surfacique est en quelque sorte le Saint Graal des fabricants de disques durs et des chercheurs, et pour cause: celà permet d'accroître la capacité du disque, bien sûr, mais aussi d'en augmenter le taux de transfert, indépendamment de l'interface, qui intervient aussi à ce niveau! Une remarque toutefois, contrairement à ce que l'on pourrait penser, le nombre de Go/plateau (la densité) n'est pas toujours proportionnel à la densité surfacique. Pourquoi? Tout simplement parce que la totalité de la surface n'est pas forcément utilisée sur le plateau, certains disques n'utilisant que l'extérieur afin de conserver une vitesse linéaire reltivement constante entre le début et la fin du disque. Prenons l'exemple de deux disques durs SCSI récents et de très hautes performances: le Maxtor Atlas 10K III et le Seagate Cheetah X15. Le Maxtor a une densité surfacique de 17,9 Gbits/in² et une densité de 18,4 Go/plateau, alors que le Seagate a une densité surfacique de 7,2 Gbits/in² et une densité de 3,6 Go/plateau. Il apparait donc que le Seagate utilise plus l'extérieur des plateaux que le Maxtor mais qu'à capacité égale, il fait appel à quatre plateaux contre seulement un pour le Maxtor. Nous sommes faces à deux choix technologiques radicalement différents.    

Pour la petite histoire, notons que le record en matière de densité surfacique est détenu par...   IBM, avec un disque dur développé dans ses laboratoires qui atteignait en 1999 la valeur de 35,3 Gbits/in²! Bien entendu, il ne s'agissait pas d'un disque de production. Le record pour un disque dur de production est détenu par le Maxtor Atlas 10K III, avec une densité surfacique de 17,9 Gbits/in² (voir plus haut). En comparaison, la densité surfacique du Seagate ST-506 de 1980 (l'époque des tous premiers PC) atteignait péniblement les 0,004 Gbits/in²! Et le RAMAC de 1956 avait une densité surfacique de 2kbits/in²! Historiquement, jusqu'en 1988, le taux d'amélioration de la densité était de 29% par an, donnant le double de densité tous les trois ans. Depuis cette date, le taux s'est amélioré de 60% par an, quadruplant de densité tous les trois ans. 

Le temps d'accès au disque et le temps de latence

Ces deux facteurs sont également déterminants pour le confort d'utilisation d'un PC. Dans le cas d'un usage du disque dur en tant que disque dur principal, contenant le système d'exploitation et les applications courantes (bureautique, jeux, etc…), pour assurer un certain confort d'utilisation, il est nécessaire de respecter certains critères, notamment un débit conséquent, un temps d'accès relativement bas, et aussi, une fiabilité à toute épreuve.

Dans le cas de disques durs pours serveurs, accès aux bases de données, c'est typiquement le type de disques où de nombreux accès simultanés sont réalisés… on demandera donc un temps d'accès le plus bas possible, un débit important, et surtout une fiabilité à toute épreuve. C'est dans ce domaine que les disques dur SCSI font valoir toutes leur qualités.

Le temps d'accès et le temps de latence sont respectivement le temps mis par la tête de lecture pour se déplacer à la surface du disque et le temps que doit attendre le disque lors du changement de piste. Plus il est bas, plus l'accès au données se fait rapidement, et si ces temps sont de l'ordre d'une dizaine de millisecondes à l'heure actuelle, leur influence est prépondérante lors de la manipulation d'une quantité importante de fichiers de petites tailles, par exemple.  Tout d'abord, il y a le délai de recherche, qui correspond au temps mis par la tête de lecture pour atteindre une piste donnée. Pour ce faire, elle se déplace horizontalement au-dessus de la surface, jusqu'à atteindre la piste. La tête de lecture doit en effet attendre que le disque tourne pour que les données se présentent sous elle. Ensuite, elle se stabilise pour éliminer le plus possible les vibrations produites par son propre déplacement. C'est justement celui-ci qui constitue le deuxième élément pouvant occasionner des délais. Le temps de latence, en troisième lieu, est le temps mis par le plateau pour amener à la tête le bon secteur. Pour en mesurer le temps d'accès moyen, on procède généralement à des essais de déplacement des têtes en des points éloignés, rapprochés, éloignés, etc., et l'on divise le temps total par le nombre d'accès. De nos jours, les temps moyens tournent aux alentours de 12 ms à 3 ms. Le temps de latence est directement proportionnel à la vitesse de rotation du disque dur, alors que, s'il  dépend lui aussi directement de la vitesse de rotation du disque, le temps d'accès relève également d'aspects plus mécaniques, comme le mouvement des têtes de lecture et les problèmes d'inertie liés au déplacement du disque.

En matière de vitesse de rotation, 5 400 tours/minute était la norme, mais la plupart des disques récents tournent maintenant à 7 200 tours/minute. Les disques SCSI haut de gamme tournent souvent à 10 000 tours/minute, et quelques disques à 15 000 tours/minute sont sur le marché, comme le Seagate Cheetah X15 et l'IBM Ultrastar 36Z15. Une vitesse de rotation plus élevée garantit presque systématiquement de gros gains en performances, mais n'a pas que des avantages: le disque dur chauffe plus, et fait aussi plus de bruit. 

Le taux de transfert ou "débit"  

Pour un disque utilisé principalement dans des applications multimédias (audio/vidéo), le débit est alors prépondérant, et la taille du cache également.

Comme le temps d'accès et le temps de latence, le débit dépend aussi de la vitesse de rotation du disque dur.

Le débit dépend aussi de la mémoire cache du disque dur, ou "buffer". La mémoire cache, ou encore simplement "cache", permet de régulariser le débit des données et d'accélérer certaines opérations. Actuellement, la taille de la mémoire cache des disques durs est de 2 Mo sur la majorité des disques durs IDE, et varie de 2 Mo à 16 Mo sur les disques SCSI.  

Pour augmenter le débit des disques durs IDE, la tendance est actuellement très nettement à augmenter la densité surfacique des disques, comme chez Maxtor avec leurs DiamondMax Plus 60 avec une densité surfacique de 14,5 Gbits/in², DiamondMax 80 avec 14,7 Gbits/in² et une vitesse de rotation de "seulement" 5 400 tours/minute. Les avantages des faibles vitesses de rotation sont la baisse de température et également l'absence de bruit excessif. Ces disques sont donc à priori parfaits pour le stockage.

Les tendances des améliorations des disques durs suivant l'interface peuvent être résumées comme suit: en IDE, augmentation de la densité surfacique pour assurer un débit de plus en plus important à de faibles prix, et en SCSI, temps d'accès très bas, augmentation de la vitesse de rotation et du buffer, pour conserver un débit important, tout en garantissant l'accès le plus rapide possible aux données.

Notons que l'interface FireWire est utilisée pour certains disques durs externes comme le Maxtor 1394 External Storage et le Western Digital WD200A001 (20 Go), WD300A001 (30 Go), et WD600A001 (60 Go), ou l'USB 2.0 avec le Maxtor Personal Storage 3000LE.