忆芯科技优秀的国产企业级SSD如何脱颖而出

　　当前，在线娱乐、教育和远程办公的需求不断提升，各行业数字转型的进度不断加快，使得数据中心成为存储市场的关键驱动力，也促使企业级SSD成为数据存储的市场重心。因为企业级SSD的发展与数据中心的需求是密不可分的，对数据中心的成本优化压力和性能诉求也会传递给配置在服务器中的企业级SSD，使其进行快速升级迭代。
　　主控芯片将成为企业级SSD性能提升的关键之一。对于要发展独立可控的国内存储产业来说，优秀的国产主控芯片更是必不可少。近日，忆芯科技推出高端企业级SSD主控芯片STAR2000及SSD盘STAR2000E系列产品。这系列产品既是忆芯科技所取得的重要突破，也是国内企业级SSD行业近年来进步的缩影。
　　突破企业级SSD的屏障
　　主控芯片的硬件配置、计算能力、数据和命令的调度策略等多方面因素，决定了SSD的最大容量、存取速度等多个重要参数，主控芯片就是SSD的大脑。当SSD出货量快速攀升之时，主控芯片的市场也在迅速增长。根据中国闪存市场数据，2021年全球SSD主控芯片出货量为4.08亿颗，较2020增长17%，而根据之前的估算，2022的市场也有望达到4.31亿颗。
　　消费级仍是SSD主控目前最大的市场，但数据中心基础设施支出的增加包括对服务器和存储需求的增加，使得企业级市场成为明日之星。特别是云计算的兴起，使得企业级SSD主控将充分受益于云基础设施增量。同时，国内政务、金融、能源等千行百业也在进行着数字化转型，由政府主导的东数西算数据中心布局在加速进行，也无疑加速了对企业级SSD需求的增长。
　　TrendForce数据显示，我国企业级SSD 快速增长，2019年出货量不到400万片，到 2025 年预计将超过1300万片，年增长率保持在18%以上，这也从侧面反应了企业级SSD主控的市场前景。
　　当前SSD主控芯片的供应大致分为两类，首先是闪存颗粒原厂自产自用，如三星、SK海力士、美光等均使用自己开发的主控芯片，其余则由第三方主控厂商贡献，活跃在企业级市场的主要玩家是美满和微芯等国际大厂。
　　国内主控厂商也属于第三方主控厂，整体市场份额偏低，这固然与整个行业起步较晚有关，另一方面也是企业级主控的高开发门槛所致。
　　为了适应存储技术的快速迭代，主控芯片一方面要适应不断增长的存储芯片容量，另一方面要适配存储传输协议的代际演进，并在存储固件的控制下实现温度管理、健康报告、坏块管理、纠错机制、断电保护等多重功能。
　　同时，企业级SSD还要求能够提供高性价比、高能效以及高QoS隔离等特性。而在针对性应用中，则会要求企业级SSD能够支持更多新的功能，如在NVMe标准中引入的各种特性，包括ZNS、KV command set、Endurance Group Management等面向应用优化的功能，以满足更加多样负载的应用需求。
　　可喜的是，随着忆芯新产品的推出，这些技术壁垒正被逐一攻克。主控芯片STAR2000基于12nm工艺，含50亿晶体管，集成了64位多核CPU和高达8TOPS算力的NPU，并全面支持最新的NVMe2.0协议；其采用了更先进的架构设计，借此提供强大的稳态随机及顺序读写性能，在服务质量、延迟、安全、可靠性、容错纠错等企业级所关注的指标上将达到业内领先的高规格水平。STAR2000E则是内置STAR2000主控芯片的SSD成品盘，该系列产品主要面向数据中心应用，包括存储服务器、云计算等市场。两款产品相互呼应，为国内高端企业级SSD的升级打下了坚实的基础。
　　忆芯科技新一代高性能企业级PCIe4.0 SSD主控芯片STAR2000
　　架构创新才能带来出众性能
　　要指挥协调SSD发挥出本身的性能，需要大量运算作为支撑，所以主控芯片本质上还是一颗小型处理器。市面上多数同级别主控芯片均采用了Arm的R系列内核，可以完成通用的各种处理调度任务，但是随着SSD的性能和功能不断演进，处理器内核也需要进一步的升级。
　　STAR2000在芯片SoC架构上继续基于同构多核CPU，创新地使用了功能更为强大的Arm® Cortex®-A55内核。该内核是Arm家族中最强大、最高效的中端系列处理器，以DynamIQ技术为基础，适用于企业级SSD和数据中心设备等复杂计算任务，可以最大程度释放出忆芯科技自研SSD控制技术和算法的优势。
　　STAR2000的另一大创新之处是集成了高达8TOPS算力的NPU。NPU的加入使得SSD主控获得了机器学习和深度学习能力，能够执行CPU不擅长的计算任务，从而运用于各种可计算型或智慧型SSD产品，并且降低闪存的访问频率。最显著的益处就是，为了更好应对企业级SSD＂存算一体＂的需求趋势，NPU可以支持SSD在高速的数据存取过程中实时的进行检索、比对、分类等计算工作。
　　忆芯还专门自研了AI计算加速IP，通过与NPU集成在一起，可实现关键任务加速，释放CPU算力，提升SSD工作的服务质量和可靠性，并完成优化功耗、实现智能自检及早期故障排查等功能。
　　忆芯科技基于NPU开发的StarQoS 2.0技术，通过对各类输入输出任务下的状态分析，实现SSD算法参数调优，能够实现应对各种企业级存储数据分类，自动进行冷热数据分析，有效降低关键数据访问延迟，实现更好的QoS效果，并提升闪存使用寿命。
　　要成为一个领先的企业级SSD主控，还必须要适配市面上的各种闪存颗粒。忆芯科技为此专门设计了一套灵活的可编程闪存控制器架构，使STAR2000完备地支持各类闪存接口协议并保证闪存访问的效率，并在面积、功耗与性能上达到出色的平衡。新的闪存控制器架构首次集成了一个通用轻量级CPU，进一步提升了新颗粒的导入速度。
　　最后，为了保证数据的可靠性和读写稳定性，忆芯科技还专门开发了StarNVMe® IP，能以最小的硬件开销实现PCIe双端口技术。而在数据纠错方面，STAR2000则配置了忆芯科技自研的StarLDPC® IP，支持4KB的LDPC编解码，最大程度保证了数据的纠错能力，确保在生命末期的数据可读性；同时，结合RAID 5和RAID 6，可使得芯片在企业级应用中的纠错性能成倍增加。
　　正是这些来自架构层级的创新，使得STAR2000将企业级SSD的各项性能指标推至业内领先水平。
　　助推行业升级的全能选手
　　PCIe总线的演进是推动SSD发展的主驱动力。从2021年下半年开始，PCIe 4.0的SSD产品在数据中心中广泛应用，并且需求量保持持续增长。行业研究公司 Forward Insights 表示，2021年PCIe 4.0 在所有数据中心PCIe SSD的占比是19%，到2025年将增长至77%。为适应高端企业级SSD的应用需求，STAR2000系列的接口升级为PCIe4.0，这也是该系列在顺序读写带宽、随机读写性能上均有重大提升的关键。
　　同时，STAR2000还支持了最新的NVMe2.0协议。NVMe是一种基于非易失性存储器的读写命令和数据的格式规范，旨在充分利用PCIe通道的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性，在可控制的存储成本下，彻底解放SSD的极致性能。
　　NVMe 2.0在企业级SSD方面进行重大调整，覆盖大量企业级用例，简化企业级存储池管理，加快推动新技术应用。其采用全新存储管理机制，明确NVM Set和Endurance Group创建和管理方式，可动态管理 SSD 容量，还支持ZNS等新概念SSD技术。通常，PCIe 4.0主控多支持NVMe 1.4协议，而STAR2000升级为支持NVMe 2.0之后，就能为企业级SSD带来更长使用寿命、更灵活管理机制和更低开销。
　　数据的安全也是考量企业级SSD的重要指标。除了在主控中提供XTS-AES/RSA/SHA加密解决方案，忆芯科技还提供国密SM2/SM3/SM4技术。由于忆芯科技的国密方案已经在上一代PCIe3.0主控芯片通过国测和国密两项认证，所以STAR2000在自主可控信息安全方面具备领先优势。
　　此外，来自企业级应用的特殊需求，如掉电保护、热插拔技术、在线固件更新、双端口双活、快速Trim等，还有面向工业设备、数据记录、存储服务器、高可靠移动设备等场景的功能支持，如定制大容量、-55~85℃的宽温等。
　　最后，STAR2000还全面支持各种国产主机平台和国产服务器操作系统，能够更好地助力国产企业级存储应用市场发展。
　　如此全能的身手使得STAR2000可以应对企业SSD部署应用中的各种挑战。因此，当国内存储产业链正在快速崛起之时，其必将为整个生态的建设发挥重要的作用。