固态硬盘恢复专题三
SSD主控是一个技术深度和市场广度都很大的芯片产品。SSD发展初期主控芯片玩家较少,原因是设计和生产一款新的芯片的要求和门槛较高。如今由于SSD的蓬勃发展,配套的主控厂商看到了发展前景和利润空间,纷纷切入这个产品,SSD主控初创公司如雨后春笋般出现。
Marvell是全球排名第一的HDD和SSD主控芯片供应商。2007年开始在SSD控制器领域进行布局,于2008年推出第一代SATA SSD产品Davinci。作为SSD主控领域的老大,Marvell的SSD产品线非常完善,覆盖了高中低端市场,产品形态上包括了SOC、ASIC及CSSP。
Marvell目前的主力产品包括主攻PC市场的SATA系列Dean(88SS1074),主攻PC、数据中心、云端市场的PCIe系列Eldora(88SS1093/88SS1092),还有针对入门级零售市场、享有创新DRAMless设计的Artemis系列(88NV1120/88NV1160)。
Marvell公司现在拥有超过1400项存储专利(还有大约200项专利正在申请)的强大知识产权组合。凭借在HDD领域二十多年的产品经验,Marvell在低功耗、高性能设计、封装、先进制程方面有了很多的积累。Marvell的主控技术均领先竞争对手两到三代(见图2-10)。无论是2D/3D MLC还是2D/3D TLC,也无论是SATA还是PCIe接口形式,Marvell都颇有建树。且Marvell与客户的关系好,合作伙伴包括金士顿、LiteOn、Micron、Toshiba、Seagate、Sandisk、江波龙、联想等国际国内大厂,持续引领着行业技术的变革与创新。
三星的主控基本上都是三星自己的SSD在用,830系列使用是MCX主控,而840及840Pro使用的则是MDX主控,850Pro/840EVO用的是MEX主控,850EVO 500GB以下的和750EVO用的是MGX主控,650用的是MFX主控,MCX是200MHz的三核ARM 9核心,缓存容量256MB;MDX的核心则换成300MHz的三核Coretex-R4处理器,缓存容量512MB;MEX则是把频率提升至400MHz,并且加入了TurboWrite技术的支持,缓存容量1GB。至于MGX和MFX主控,目前可以知道的是MGX是一个双核主控,而且三星优化了低容量下的随机性能;而MFX可能是一颗4通道主控。
常见的台系主控包括智微(JMicron)、慧荣(Silicon Motion)和群联(Phison)三家公司的主控。它们成本低廉,相当受SSD厂家欢迎,现在有相当多的SSD在用这三家的主控。不过近年来,JMicron的产品已经渐渐淡出市场了,这里着重介绍慧荣和群联两家的主控。
慧荣提供一系列固态硬盘主控芯片(见图2-13),支持所有主要闪存大厂的MLC、TLC及SLC闪存,其应用范畴囊括个人计算机、消费性电子品、工业计算机与其他相关应用;同时支持最先进的安全协议;支持AES 128/256、TCG Opal Full-Drive等加密机制
SMI凭借着多年来开发闪存相关主控技术的积累,在SSD主控上面发展出几项竞争优势:
·客制化的交匙(Turnkey)方案:SMI在固态硬盘主控芯片上的主要优势在于,能够提供从主控芯片到固件方案,再到电路板设计、闪存颗粒的配对等一整套固态硬盘的解决方案,还能够根据采购厂商的个性化需求进行定制化的服务。慧荣提供的一站式服务,能够充分发挥主控芯片与固件方案紧密结合的优势,实现最大效能与最小功耗。
·NANDExtend专家ECC纠错方案:NANDExtend是SMI结合LDPC及多项SMI专利的纠错技术,可延长闪存使用寿命高达3倍。NANDExtend可以应用于MLC、TLC及QLC等不同存闪。SMI从2009年就开始致力于LDPC纠错技术,并且多次在国际会议上发布相关技术,目前已开发至第四代的LDPC纠错技术。
·自制的物理层(Physical layer,PHY)接口技术:SATA与PCIe SSD都需要用物理层来传输数据,有了自制的PHY,才能快速跟未来新的接口接轨并使用更新的半导体制程技术。从产品路线图上来看,SMI在2018年发表的PCIe Gen3x4SSD主控上面已经全面转向28nm,PCIe Gen 4更会使用12nm,是目前能看到的第一个会使用12nm的SSD主控厂商。
慧荣虽然在SSD起步比其他主控公司来得晚,但凭借过去多年在各类闪存主控上的技术开发积累,这三年来在SSD方面飞快成长,一站式的方案更帮助了国内外许多自有品牌SSD制造商快速向终端市场推出极具技术竞争力的产品。除了原本的SATA SSD主控外,2017年更一次推出三颗第二代PCIe Gen3x4的主控芯片。2017年在深圳举行的闪存市场高峰会上,SMI也表示除了消费性SSD以外,他们也即将进军企业级的SSD主控以及软件定义存储(Software Defined Storage)的市场,持续扩大他们在固态存储方面的影响力。
群联电子于2000年11月成立。从提供全球首颗单芯片U盘控制芯片起家,群联目前已经成为U盘、SD存储卡、eMMC、UFS、PATA与SATA固态硬盘等控制芯片领域的领头者。群联是ONFI(Open NAND Flash Interface)的创始人之一,同时也是SD协会的董事。群联主控,因其中流的产品性能、低廉的价格以及全面的服务,和慧荣主控一样,深受中小厂商的追捧,也成为大牌厂商入门级产品的首选方案之一。
以上与控制器相关的信息来自群联官网:http://www.phison.com
固态硬盘市场近几年红得发紫,品牌商、代工厂、芯片设计公司各显神通,都期望在这个市场分一杯羹。那我们就来捋一捋国内其他地区自主SSD芯片设计公司,看谁有可能闯出一片天地。
海思毫无疑问是很强的,不过它的芯片只给华为用,所以就不列为讨论对象。剩下的就是记忆科技、湖南国科微、杭州华澜微;其他还有很多正在做的,但应该还没有做出正式芯片。
记忆靠着联想的关系,在内存市场做大,看到SSD在PC市场有前景,很早就切入到SSD领域。记忆理想远大,所以组建团队做SSD芯片。切入的时间点很好,同时经过四五年的努力,已经出了一款SATA控制器,性能还不错,可靠性若可以再完善,那么就有希望把主控用在自己的SSD上。拥有自己的主控后就具备了和其他主控讨价还价的能力,海思在早期就是华为用来和外资芯片议价的工具。
国科微在2016年1月发布了首款主控GK2101,其采用40nm工艺,支持SATA/NVMe/AHCI、8通道闪存和LDPC,这算是比较领先的了。尽管PCIe只有GEN2X4,不过相信他们下一代很快就会赶上。据说已经有客户开始测试,估计不久就可以实现量产。想当初,国科微在卫星芯片市场杀出重围,赚到第一桶金,在安防监控市场表现也不错,又有大基金加持,成功IPO上市。国科微通过第一代SSD主控在市场学到一些经验,若能把一些欠缺的技术补强,还是大有可为的。
华澜微最开始是做SD/MMC和U盘控制器的,在2016年年初收购了晶量半导体,所以也拥有了桥接芯片产品线。其在接口方面的竞争优势比较大,但目前看到的PCIe产品还是GEN2。可能是为了充分发挥自己桥接的优势,他们的主控和一般主控不同,采用类似桥接的方式,通过SATA转eMMC等来拼成一个SSD,这样主控就不需要FTL,开发难度会降低。不过鱼与熊掌不可兼得,拼接也有可能会影响性能和寿命。但是也不是什么大问题,毕竟性能可通过上层算法优化,而且一般来讲,用户对性能要求并不是非常高;寿命可以通过RAID方式来补强,只要控制好整体成本就是好方案。
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