在海量數(shù)據(jù)的存儲和交互需求面前，無論是SSD的技術(shù)迭代，還是市場空間的擴(kuò)展，都將獲得前所未有的速度和空間。特別是在AI、云計(jì)算等技術(shù)的加持下，SSD的發(fā)展即將迎來全新的階段。
主控芯片和閃存芯片是SSD的核心，兩者皆取得巨大的技術(shù)飛躍，但要讓SSD實(shí)現(xiàn)持續(xù)的進(jìn)化，還需要兩者之間達(dá)成無縫的銜接，而ONFI協(xié)議就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。 8月26日恰逢奎芯科技成立2周年之際，奎芯科技自主研發(fā)的ONFI 5.0 PHY IP全力助推SSD步入高算力時(shí)代。
ONFI的全面崛起
ONFI協(xié)議是一種針對NAND Flash的開放式接口標(biāo)準(zhǔn)，旨在規(guī)范化閃存芯片和控制器之間的通信方式，提高設(shè)備的互操作性、可兼容性和性能。ONFI協(xié)議主要關(guān)注閃存芯片的讀寫操作，提供了一組通信命令和傳輸模式，以及錯(cuò)誤檢測和校正等高級功能。它的目標(biāo)是使不同廠商生產(chǎn)的閃存芯片和控制器之間能夠進(jìn)行有效的通信和協(xié)作，從而提高設(shè)備的可靠性和性能。
作為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，ONFI具有較強(qiáng)的兼容性，可以更好地適應(yīng)市場需求。在處理能力方面，ONFI支持高速傳輸，提供更大的帶寬和數(shù)據(jù)通路，使得SSD能夠?qū)崿F(xiàn)較強(qiáng)的處理能力，為高速應(yīng)用場景提供更好的支持。重要的是，閃存芯片和控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸通過ONFI接口來完成，相比于傳統(tǒng)的IDE或者SATA接口，ONFI接口的傳輸速率更高，可以在更短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸，從而減少了功耗。而對于企業(yè)級應(yīng)用來說，由于ONFI接口具有更高的傳輸速率和更大的帶寬，因此支持ONFI接口的SSD一般具備更多的企業(yè)級功能，如數(shù)據(jù)加密、磨損平衡、TRIM等，提供更好的數(shù)據(jù)可靠性和可管理性?？傊С諳NFI接口的SSD解決方案具有性能高、能耗低、兼容性強(qiáng)、處理能力強(qiáng)、可管理性好等特點(diǎn)和優(yōu)勢，適合在多種應(yīng)用場景下使用。
ONFI IP是ONFI協(xié)議產(chǎn)品化的體現(xiàn)，主要應(yīng)用在SSD的主控芯片中。這是一個(gè)非常具有潛力的市場。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2020年全球SSD主控芯片的市場規(guī)模約為200億美元左右，到2030年將成長為500多億美元的規(guī)模。主要的供應(yīng)商中除了三星這樣能同時(shí)生產(chǎn)存儲芯片的廠商，更多的是Marvell這樣的第三方主控廠商。對于這些廠商來說，采用經(jīng)過市場驗(yàn)證的ONFI IP，將有助于其快速將產(chǎn)品推向市場，從而建立競爭優(yōu)勢。并且，由于整個(gè)SSD市場都處在快速上升通道中，對ONFI IP的需求將有增無減。
自2006年12月第一版發(fā)布以來，ONFI協(xié)議就一直在不停演進(jìn)。最新的ONFI 5.x引入了NV-LPDDR4技術(shù)，最大接口速率演進(jìn)到ONFI 5.1的3600Mbps。為了解決高速接口帶來的巨大信號完整性挑戰(zhàn)，ONFI 5.x除了進(jìn)一步加強(qiáng)寫校準(zhǔn)和VrefQ校準(zhǔn)外，還引入了非對稱DQS設(shè)計(jì)和自適應(yīng)均衡器設(shè)計(jì)。這樣不單能支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的塊大小，還可適用于高帶寬、高容量的閃存解決方案。
當(dāng)前，市場上主要有ONFI 4.0和ONFI 4.2兩個(gè)版本。隨著SSD市場的不斷擴(kuò)大，ONFI IP市場也在持續(xù)增長。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，ONFI IP市場在2019年的全球市場規(guī)模超過了4億美元。同時(shí)，市場上的ONFI主控芯片也不斷涌現(xiàn)，如國內(nèi)的憶芯、得一微、英韌等公司都已經(jīng)推出了支持ONFI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。
而作為新版本，ONFI 5.x的應(yīng)用市場目前還在逐步拓展中，但已經(jīng)有一些企業(yè)推出了支持該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，而且SK海力士、美光以及國內(nèi)的長江存儲等公司新一代NAND閃存將采用ONFI 5.0標(biāo)準(zhǔn).
完美應(yīng)對5.x的挑戰(zhàn)
隨著大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用的迅速發(fā)展，對NAND Flash存儲設(shè)備的需求不斷提高，這也給ONIF IP在高速傳輸、更大容量、低功耗，以及可靠性和耐久性幾個(gè)方面帶來了挑戰(zhàn)，特別是對數(shù)據(jù)的處理和存儲都需要更高傳輸速度的場景中。
奎芯科技此次推出的ONFI 5.0 IP，不僅僅是IO的速度達(dá)到了2400Mbps，同時(shí)集成了PLL、PDL以及控制邏輯，可實(shí)現(xiàn)gds交付，大幅減少客戶在集成和PR階段的難度和時(shí)間。而在研發(fā)出ONFI 5.0 IP后，奎芯科技又緊跟技術(shù)最前沿，研發(fā)了最新的ONFI 5.1 規(guī)格的IP，速度高達(dá)3600Mbps，而且預(yù)研并支持了閃存顆粒即將推出的SCA（Separate Command Address）功能，使得讀寫效率和傳輸速度相對于ONFI 5.0提高了50%以上。
其次，大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量越來越大，需要更大容量的存儲器對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲，因此ONFI IP需要支持更高的容量和更高的密度，奎芯科技的ONFI IP可以做到支持最大8CE，并同時(shí)支持E/W和N/S兩個(gè)方向，幫助客戶實(shí)現(xiàn)多通道ONFI的應(yīng)用。
第三，SSD產(chǎn)品的應(yīng)用場景通常會是高溫且多通道，對ONFI IP的低功耗實(shí)現(xiàn)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，奎芯科技基于低功耗的設(shè)計(jì)可以做到對數(shù)字和模擬分別開關(guān)，同時(shí)內(nèi)置Power Switch對leakage power也能做到最大的優(yōu)化。
最后，在可靠性和耐久性方面，奎芯科技的ONFI IP可以實(shí)時(shí)動態(tài)的對數(shù)據(jù)的延時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，減少了電壓和溫度等環(huán)境對數(shù)據(jù)可靠性帶來的影響。
因?yàn)榭究萍伎梢葬槍SD主控芯片提供一站式的IP解決方案，同時(shí)較早的在行業(yè)內(nèi)推出了ONFI 5.0 IP，所以交付時(shí)會綜合考慮客戶的特性需求，必要時(shí)可定制化開發(fā)，助力客戶開發(fā)出更有優(yōu)勢的產(chǎn)品。而且，已有ONFI 5.1的產(chǎn)品正在交付客戶，能滿足客戶在傳輸速率上的追求，確?？蛻裟芗皶r(shí)推出更有優(yōu)勢的產(chǎn)品。
在成立之初，奎芯科技就瞄準(zhǔn)SSD市場進(jìn)行開發(fā)。在2022年2月，奎芯科技tape out了PCIe 4.0 PHY IP后，于同年10月份又tape out了ONFI 5.0 PHY IP，并緊鑼密鼓地在2023年2月份和5月份分別tape out了主控與DRAM緩存之間傳輸數(shù)據(jù)的LPDDR4x以及LPDDR5x PHY IP。
2022年2月，奎芯科技完成臺積電12nm上的PCIe Gen4 的tape out，緊接著6月份完成臺積電 12nm上的USB 3.2的tape out，并在10月份就完成了臺積電12nm上ONFI 5.0的 tape out。目前這三個(gè)IP都已經(jīng)完成回片，并且PCIe Gen4和USB 3.2都已經(jīng)完成了測試并提供客戶使用，ONFI 5.0在2023年3月份回片后，一周內(nèi)完成2400Mbps速度的通路測試，目前已經(jīng)基本上完成所有通路以及不同顆粒類型下的讀寫測試。
此外，早在臺積電12nm ONFI 5.0回片之前，奎芯科技就已經(jīng)同國內(nèi)消費(fèi)級和企業(yè)級SSD主控芯片的設(shè)計(jì)公司展開了三星8nm上ONFI 5.1 的PHY IP合作，預(yù)計(jì)今年Q3會交付給客戶去流片。同時(shí)，也與業(yè)內(nèi)主流SSD主控芯片設(shè)計(jì)公司達(dá)成合作，定于2023年Q4交付臺積電12nm上的ONFI 5.1 PHY IP。
共建芯生態(tài)
隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，ONFI已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)開放的生態(tài)系統(tǒng)，老牌存儲廠商如Intel、Micron、SK Hynix、Western Digital等，以及國內(nèi)最大的存儲供應(yīng)商長存也都是ONFI的支持者。到目前為止，ONFI生態(tài)系統(tǒng)的水平已經(jīng)比較成熟，各大SSD主控芯片廠商都在自己的SoC中采用ONFI接口去跟存儲顆粒進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
當(dāng)然，也要觀察到ONFI的生態(tài)系統(tǒng)仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，隨著技術(shù)的發(fā)展，NAND閃存市場變得越來越充滿競爭，ONFI系統(tǒng)需要不斷發(fā)展新的技術(shù)來滿足市場需求。其次，面向未來的技術(shù)要求，為了保持領(lǐng)先地位，ONFI標(biāo)準(zhǔn)需要不斷進(jìn)行調(diào)整和升級，以滿足新興應(yīng)用和技術(shù)的要求。最后，盡管ONFI標(biāo)準(zhǔn)可以提升數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬，但也需要考慮成本和效率問題，ONFI需要對其芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以提高可靠性并確保性價(jià)比。
綜合而言，ONFI生態(tài)系統(tǒng)需要繼續(xù)投入研發(fā)以滿足市場需求，同時(shí)尋找滿足提高效率、降低成本的技術(shù)路線，在面臨著挑戰(zhàn)的同時(shí)，也是更大的機(jī)遇。
作為ONFI生態(tài)的一員，這對奎芯科技也意味著更多的機(jī)遇。未來，其將重點(diǎn)打造基于互聯(lián)IP的Chiplet產(chǎn)品和周邊的IP，積極響應(yīng)中國快速發(fā)展的芯片和應(yīng)用需求。并且，隨著公司流片的產(chǎn)品陸續(xù)進(jìn)行回片測試，也會積極分享最新的技術(shù)進(jìn)展，與客戶定期展開技術(shù)交流，及時(shí)同步客戶需求與產(chǎn)品規(guī)格，助其在合適的時(shí)間導(dǎo)入奎芯的IP；并通過以點(diǎn)帶動面，積極去拓展其他相關(guān)產(chǎn)品類型的客戶，通過可高度定制化來幫助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上的差異化。
奎芯科技目前與國內(nèi)幾乎所有的SSD方案設(shè)計(jì)公司都保持了密切的聯(lián)系，不斷與他們討論未來SSD上ONFI IP的應(yīng)用需求方向，以進(jìn)一步提升奎芯科技在ONFI IP的市場競爭力，也為客戶的下一代方案提供更多的選擇和可定制化的方案。
在過去的兩年里，奎芯科技的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不懈努力和創(chuàng)新，取得了令人矚目的成果。我們相信，通過持續(xù)的技術(shù)研究和產(chǎn)品創(chuàng)新，奎芯科技將繼續(xù)致力于解決智慧經(jīng)濟(jì)時(shí)代，算力擴(kuò)展與高速互聯(lián)問題，為國產(chǎn)SSD的發(fā)展貢獻(xiàn)自己全部的智慧與力量。（校對/薩米）
