當(dāng)前，在線娛樂(lè)、教育和遠(yuǎn)程辦公的需求不斷提升，各行業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型的進(jìn)度不斷加快，使得數(shù)據(jù)中心成為存儲(chǔ)市場(chǎng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，也促使企業(yè)級(jí)SSD成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的市場(chǎng)重心。因?yàn)槠髽I(yè)級(jí)SSD的發(fā)展與數(shù)據(jù)中心的需求是密不可分的，對(duì)數(shù)據(jù)中心的成本優(yōu)化壓力和性能訴求也會(huì)傳遞給配置在服務(wù)器中的企業(yè)級(jí)SSD，使其進(jìn)行快速升級(jí)迭代。
主控芯片將成為企業(yè)級(jí)SSD性能提升的關(guān)鍵之一。對(duì)于要發(fā)展獨(dú)立可控的國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)主控芯片更是必不可少。近日，憶芯科技推出高端企業(yè)級(jí)SSD主控芯片STAR2000及SSD盤(pán)STAR2000E系列產(chǎn)品。這系列產(chǎn)品既是憶芯科技所取得的重要突破，也是國(guó)內(nèi)企業(yè)級(jí)SSD行業(yè)近年來(lái)進(jìn)步的縮影。
突破企業(yè)級(jí)SSD的屏障
主控芯片的硬件配置、計(jì)算能力、數(shù)據(jù)和命令的調(diào)度策略等多方面因素，決定了SSD的最大容量、存取速度等多個(gè)重要參數(shù)，主控芯片就是SSD的大腦。當(dāng)SSD出貨量快速攀升之時(shí)，主控芯片的市場(chǎng)也在迅速增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)閃存市場(chǎng)數(shù)據(jù)，2021年全球SSD主控芯片出貨量為4.08億顆，較2020增長(zhǎng)17%，而根據(jù)之前的估算，2022的市場(chǎng)也有望達(dá)到4.31億顆。
消費(fèi)級(jí)仍是SSD主控目前最大的市場(chǎng)，但數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施支出的增加包括對(duì)服務(wù)器和存儲(chǔ)需求的增加，使得企業(yè)級(jí)市場(chǎng)成為明日之星。特別是云計(jì)算的興起，使得企業(yè)級(jí)SSD主控將充分受益于云基礎(chǔ)設(shè)施增量。同時(shí)，國(guó)內(nèi)政務(wù)、金融、能源等千行百業(yè)也在進(jìn)行著數(shù)字化轉(zhuǎn)型，由政府主導(dǎo)的東數(shù)西算數(shù)據(jù)中心布局在加速進(jìn)行，也無(wú)疑加速了對(duì)企業(yè)級(jí)SSD需求的增長(zhǎng)。
TrendForce數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)企業(yè)級(jí)SSD 快速增長(zhǎng)，2019年出貨量不到400萬(wàn)片，到 2025 年預(yù)計(jì)將超過(guò)1300萬(wàn)片，年增長(zhǎng)率保持在18%以上，這也從側(cè)面反應(yīng)了企業(yè)級(jí)SSD主控的市場(chǎng)前景。
當(dāng)前SSD主控芯片的供應(yīng)大致分為兩類，首先是閃存顆粒原廠自產(chǎn)自用，如三星、SK海力士、美光等均使用自己開(kāi)發(fā)的主控芯片，其余則由第三方主控廠商貢獻(xiàn)，活躍在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的主要玩家是美滿和微芯等國(guó)際大廠。
國(guó)內(nèi)主控廠商也屬于第三方主控廠，整體市場(chǎng)份額偏低，這固然與整個(gè)行業(yè)起步較晚有關(guān)，另一方面也是企業(yè)級(jí)主控的高開(kāi)發(fā)門(mén)檻所致。
為了適應(yīng)存儲(chǔ)技術(shù)的快速迭代，主控芯片一方面要適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的存儲(chǔ)芯片容量，另一方面要適配存儲(chǔ)傳輸協(xié)議的代際演進(jìn)，并在存儲(chǔ)固件的控制下實(shí)現(xiàn)溫度管理、健康報(bào)告、壞塊管理、糾錯(cuò)機(jī)制、斷電保護(hù)等多重功能。
同時(shí)，企業(yè)級(jí)SSD還要求能夠提供高性價(jià)比、高能效以及高QoS隔離等特性。而在針對(duì)性應(yīng)用中，則會(huì)要求企業(yè)級(jí)SSD能夠支持更多新的功能，如在NVMe標(biāo)準(zhǔn)中引入的各種特性，包括ZNS、KV command set、Endurance Group Management等面向應(yīng)用優(yōu)化的功能，以滿足更加多樣負(fù)載的應(yīng)用需求。
可喜的是，隨著憶芯新產(chǎn)品的推出，這些技術(shù)壁壘正被逐一攻克。主控芯片STAR2000基于12nm工藝，含50億晶體管，集成了64位多核CPU和高達(dá)8TOPS算力的NPU，并全面支持最新的NVMe2.0協(xié)議；其采用了更先進(jìn)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，借此提供強(qiáng)大的穩(wěn)態(tài)隨機(jī)及順序讀寫(xiě)性能，在服務(wù)質(zhì)量、延遲、安全、可靠性、容錯(cuò)糾錯(cuò)等企業(yè)級(jí)所關(guān)注的指標(biāo)上將達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高規(guī)格水平。STAR2000E則是內(nèi)置STAR2000主控芯片的SSD成品盤(pán)，該系列產(chǎn)品主要面向數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，包括存儲(chǔ)服務(wù)器、云計(jì)算等市場(chǎng)。兩款產(chǎn)品相互呼應(yīng)，為國(guó)內(nèi)高端企業(yè)級(jí)SSD的升級(jí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
憶芯科技新一代高性能企業(yè)級(jí)PCIe4.0 SSD主控芯片STAR2000
架構(gòu)創(chuàng)新才能帶來(lái)出眾性能
要指揮協(xié)調(diào)SSD發(fā)揮出本身的性能，需要大量運(yùn)算作為支撐，所以主控芯片本質(zhì)上還是一顆小型處理器。市面上多數(shù)同級(jí)別主控芯片均采用了Arm的R系列內(nèi)核，可以完成通用的各種處理調(diào)度任務(wù)，但是隨著SSD的性能和功能不斷演進(jìn)，處理器內(nèi)核也需要進(jìn)一步的升級(jí)。
STAR2000在芯片SoC架構(gòu)上繼續(xù)基于同構(gòu)多核CPU，創(chuàng)新地使用了功能更為強(qiáng)大的Arm? Cortex?-A55內(nèi)核。該內(nèi)核是Arm家族中最強(qiáng)大、最高效的中端系列處理器，以DynamIQ技術(shù)為基礎(chǔ)，適用于企業(yè)級(jí)SSD和數(shù)據(jù)中心設(shè)備等復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，可以最大程度釋放出憶芯科技自研SSD控制技術(shù)和算法的優(yōu)勢(shì)。
STAR2000的另一大創(chuàng)新之處是集成了高達(dá)8TOPS算力的NPU。NPU的加入使得SSD主控獲得了機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)能力，能夠執(zhí)行CPU不擅長(zhǎng)的計(jì)算任務(wù)，從而運(yùn)用于各種可計(jì)算型或智慧型SSD產(chǎn)品，并且降低閃存的訪問(wèn)頻率。最顯著的益處就是，為了更好應(yīng)對(duì)企業(yè)級(jí)SSD“存算一體”的需求趨勢(shì)，NPU可以支持SSD在高速的數(shù)據(jù)存取過(guò)程中實(shí)時(shí)的進(jìn)行檢索、比對(duì)、分類等計(jì)算工作。
憶芯還專門(mén)自研了AI計(jì)算加速IP，通過(guò)與NPU集成在一起，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵任務(wù)加速，釋放CPU算力，提升SSD工作的服務(wù)質(zhì)量和可靠性，并完成優(yōu)化功耗、實(shí)現(xiàn)智能自檢及早期故障排查等功能。
憶芯科技基于NPU開(kāi)發(fā)的StarQoS 2.0技術(shù)，通過(guò)對(duì)各類輸入輸出任務(wù)下的狀態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)SSD算法參數(shù)調(diào)優(yōu)，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)對(duì)各種企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分類，自動(dòng)進(jìn)行冷熱數(shù)據(jù)分析，有效降低關(guān)鍵數(shù)據(jù)訪問(wèn)延遲，實(shí)現(xiàn)更好的QoS效果，并提升閃存使用壽命。
要成為一個(gè)領(lǐng)先的企業(yè)級(jí)SSD主控，還必須要適配市面上的各種閃存顆粒。憶芯科技為此專門(mén)設(shè)計(jì)了一套靈活的可編程閃存控制器架構(gòu)，使STAR2000完備地支持各類閃存接口協(xié)議并保證閃存訪問(wèn)的效率，并在面積、功耗與性能上達(dá)到出色的平衡。新的閃存控制器架構(gòu)首次集成了一個(gè)通用輕量級(jí)CPU，進(jìn)一步提升了新顆粒的導(dǎo)入速度。
最后，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性和讀寫(xiě)穩(wěn)定性，憶芯科技還專門(mén)開(kāi)發(fā)了StarNVMe? IP，能以最小的硬件開(kāi)銷實(shí)現(xiàn)PCIe雙端口技術(shù)。而在數(shù)據(jù)糾錯(cuò)方面，STAR2000則配置了憶芯科技自研的StarLDPC? IP，支持4KB的LDPC編解碼，最大程度保證了數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)能力，確保在生命末期的數(shù)據(jù)可讀性；同時(shí)，結(jié)合RAID 5和RAID 6，可使得芯片在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中的糾錯(cuò)性能成倍增加。
正是這些來(lái)自架構(gòu)層級(jí)的創(chuàng)新，使得STAR2000將企業(yè)級(jí)SSD的各項(xiàng)性能指標(biāo)推至業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。
助推行業(yè)升級(jí)的全能選手
PCIe總線的演進(jìn)是推動(dòng)SSD發(fā)展的主驅(qū)動(dòng)力。從2021年下半年開(kāi)始，PCIe 4.0的SSD產(chǎn)品在數(shù)據(jù)中心中廣泛應(yīng)用，并且需求量保持持續(xù)增長(zhǎng)。行業(yè)研究公司 Forward Insights 表示，2021年P(guān)CIe 4.0 在所有數(shù)據(jù)中心PCIe SSD的占比是19%，到2025年將增長(zhǎng)至77%。為適應(yīng)高端企業(yè)級(jí)SSD的應(yīng)用需求，STAR2000系列的接口升級(jí)為PCIe4.0，這也是該系列在順序讀寫(xiě)帶寬、隨機(jī)讀寫(xiě)性能上均有重大提升的關(guān)鍵。
同時(shí)，STAR2000還支持了最新的NVMe2.0協(xié)議。NVMe是一種基于非易失性存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)命令和數(shù)據(jù)的格式規(guī)范，旨在充分利用PCIe通道的低延時(shí)以及并行性，還有當(dāng)代處理器、平臺(tái)與應(yīng)用的并行性，在可控制的存儲(chǔ)成本下，徹底解放SSD的極致性能。
NVMe 2.0在企業(yè)級(jí)SSD方面進(jìn)行重大調(diào)整，覆蓋大量企業(yè)級(jí)用例，簡(jiǎn)化企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)池管理，加快推動(dòng)新技術(shù)應(yīng)用。其采用全新存儲(chǔ)管理機(jī)制，明確NVM Set和Endurance Group創(chuàng)建和管理方式，可動(dòng)態(tài)管理 SSD 容量，還支持ZNS等新概念SSD技術(shù)。通常，PCIe 4.0主控多支持NVMe 1.4協(xié)議，而STAR2000升級(jí)為支持NVMe 2.0之后，就能為企業(yè)級(jí)SSD帶來(lái)更長(zhǎng)使用壽命、更靈活管理機(jī)制和更低開(kāi)銷。
數(shù)據(jù)的安全也是考量企業(yè)級(jí)SSD的重要指標(biāo)。除了在主控中提供XTS-AES/RSA/SHA加密解決方案，憶芯科技還提供國(guó)密SM2/SM3/SM4技術(shù)。由于憶芯科技的國(guó)密方案已經(jīng)在上一代PCIe3.0主控芯片通過(guò)國(guó)測(cè)和國(guó)密兩項(xiàng)認(rèn)證，所以STAR2000在自主可控信息安全方面具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
此外，來(lái)自企業(yè)級(jí)應(yīng)用的特殊需求，如掉電保護(hù)、熱插拔技術(shù)、在線固件更新、雙端口雙活、快速Trim等，還有面向工業(yè)設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)服務(wù)器、高可靠移動(dòng)設(shè)備等場(chǎng)景的功能支持，如定制大容量、-55~85℃的寬溫等。
最后，STAR2000還全面支持各種國(guó)產(chǎn)主機(jī)平臺(tái)和國(guó)產(chǎn)服務(wù)器操作系統(tǒng)，能夠更好地助力國(guó)產(chǎn)企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展。
如此全能的身手使得STAR2000可以應(yīng)對(duì)企業(yè)SSD部署應(yīng)用中的各種挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈正在快速崛起之時(shí)，其必將為整個(gè)生態(tài)的建設(shè)發(fā)揮重要的作用。
