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固态硬盘主控芯片国产进程

发布: 2023年2月14日 10:17:50
  • 前言
  • 1. 主控芯片技术
    • 1.1 主控组成原理
    • 1.2 主控技术前沿
      • 1.2.1 主控处理器架构
      • 1.2.2 主控制程
      • 1.2.3 闪存对主控带来的挑战
      • 1.2.4 SSD 总线技术发展
      • SSD 协议发展
  • 2. 国产主控厂商和产品
    • 2.1 华澜微(Sage)
    • 2.2 国科微（GOKE）
    • 2.3 联芸科技 (MAXIO）
    • 2.4 得一微电子（YEESTOR）
    • 2.5 英韧科技（InnoGrit）
    • 2.6 特纳飞 Tenafe
  • 3. 总结

前言

我给祖国庆个生，分享下存储芯片国产进展。

存储芯片国产


存储芯片生态包含设计环节和制造封装环节还有品牌营销环节。设计环节是核心技术，包含闪存芯片、闪存主控芯片、缓存芯片。

前面文章分享过闪存芯片。闪存比做仓库，闪存主控就是仓管，负责仓库调度和空间管理。
本文从闪存主控芯片视角，介绍存储国产化的进展。后续文章会再从其他视角介绍。

本文以固态硬盘方向分享国产主控技术和代表产品。

1. 主控芯片技术

1.1 主控组成原理

主控芯片是固态硬盘的大脑，作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。

主控核心功能有：ROM上电启动管理、映射表上电恢复、坏快管理、FLASH驱动管理、主机接口管理、TRIM、GC、LDPC纠错、温控、低功耗、磨损均衡，RAM管理。

主控非核心功能有：断电保护、压缩、加密、RAID冗余恢复、预读、健康报告、自检、HMB、ZNS。

上述功能不见得每款主控都有。本文不对具体技术展开，有感兴趣的可以评论区提出，我再专题介绍。

下面是固态硬盘主控硬件架构，主控里有ARM内核，是一个微型计算机。

固态硬盘主控硬件架构

1.2 主控技术前沿

1.2.1 主控处理器架构

现在很多SSD主控都使用了Arm的处理器架构，通常选择Cortex-R系列。与我们平时在手机上见到的A系列不同，R系列主要用于实时数据处理

1.2.2 主控制程

头部公司制程已经进一步缩短到12nm，有效降低发热。国产主控差距不大。

1.2.3 闪存对主控带来的挑战

伴随闪存向QLC及更高单元存储位数演进、3D堆叠层数持续提升，固态硬盘产品对固件的性能要求将持续提升。

正常来讲，性能&可靠性对比是SLC>MLC>TLC>QLC，随着每个cell的bit数量的增加，读写寿命逐渐变短，速度变慢，能耗高，另外，一个主要的缺点是出错概率大。

闪存颗粒密度的技术发展

看上面图，你是不是也觉得QLC 各单元肉眼也难区分，主控也遇到这个挑战。

造成出错的主要原因是当每个cell存储多个bit时，存储单元之间的干扰就会增大。对算法的纠错能力要求也会越来越高。

FAID™ LDPC纠错，具有高度可扩展的吞吐量和低功耗，可支持下一代NAND。

1.2.4 SSD 总线技术发展

SATA 总线SSD依旧是目前最受欢迎的，其总线接口兼容性可以让老电脑轻松提升性能。与NVMe SSD相比，除了顺序读写性能较弱，日常使用的体验其实不差上下。

而新装机的朋友，更加会偏向选择M.2接口的PCIE SSD，对比于SATA SSD，它的体积会更加小巧，省去安装SATA SSD需要外接数据线与电源线导致的走线问题。

最新的总线技术是PCIE 5.0，国产芯片已经可以支持。

SSD 协议发展

SSD 主机和device 交互，使用NVME 协议，最新的技术是NVME 2.0。NVME 2.0 增加了ZNS特性， 用于给连续数据单独分区，可大大降低写入放大率，提高寿命。

2. 国产主控厂商和产品

不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数倍。

市面上比较常见的固态硬盘有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Sandisk、Goldendisk、Samsung以及Intel等多种主控芯片。
这些比较常见的主控芯片产商国外品牌居多。

而近年来，中国大陆SSD主控芯片厂商也逐渐崭露头角， 国内的主控品牌不少于10家，在数量上已经超越美系、台系的品牌。不过与国际知名的主控品牌相比，国产品牌还需要一定的时间来打磨与检验。

今天就了解一下国内知名的主控芯片品牌产商有哪些？

2.1 华澜微(Sage)

品牌介绍：华澜微成立于2011年，总部设在杭州，主要从事数据存储和信息安全的核心技术研究。目前已准备上市。

代表产品：PCIE SSD 主控

速度不是亮点，主打信息安全

2.2 国科微（GOKE）

品牌介绍：国科微成立于2008年，位于长沙，是首家获得国家集成电路产业投资基金注资的集成电路设计企业。

代表产品：
GK2302v200系列是SATA。搭载国科微自主研发的NANDXtra®Gen 3可靠性引擎和NANDSafe™Gen 3安全引擎，全面适配128层TLC和QLC颗粒，通过国密一级认证、国家信息安全EAL-3认证，为用户带来高效安全的数据存储体验。

速度不是速度不是亮点，主打信安全。

2.3 联芸科技 (MAXIO）

品牌介绍：联芸科技于2014年在杭州创建。公司以数据存储管理、信息安全、通用IP、SOC芯片为核心研发方向。

代表作品：
MAP1602为全球首款不用超频即可支持2400MT/s NAND闪存的SSD主控芯片；全球首款无外置缓存支持PCIe 4.0(NVMe2.0)的 SSD主控芯片；全球首款四通道（无外置缓存）实测顺序读性能高达7400MB/s的PCIe 4.0 SSD主控芯片；全球BALL PITCH 0.65mm，7.1mm*11mm最小封装尺寸PCIe 4.0 SSD主控芯片。

MAP1602 SSD

2.4 得一微电子（YEESTOR）

品牌介绍：得一微电子成立于2017年，由硅格半导体（成立于2007年）与立而鼎科技（成立于2015年）两家公司合并而成，公司总部设在深圳。

代表产品：

得一微固态主控

2.5 英韧科技（InnoGrit）

品牌介绍：InnoGrit是一家无晶圆厂IC设计公司，由硅谷备受推崇的技术领导者于2016年10月成立，位于上海张江高科。
代表产品：

2.6 特纳飞 Tenafe

TenaFe 是新进主控厂商，是一匹黑马。 由 Tidal Systems 创始人和一群存储行业资深人士于 2019 年在北京创立。该团队已成功将多家存储初创公司推向市场。因发展迅速，获得资本青睐。

代表产品
TC2311 PCIe Gen5 NVM SSD Controller

TC2311 PCIe Gen5 NVM SSD Controller

  • 8CH @ 3600 MT/s
  • Up to 16 CEs
  • Sequential up to 14GB/s
  • Random up to 1.5M IOPS

总的来看，目前国内存储控制器芯片厂商大概可以分为三大阵营：包括土生土长的国科微等，这类公司的特点是进入时间较早，但整体技术团队的实力不强，产品在高端市场上很难形成对台湾和国际品牌的冲击。
另外还有一些从台系厂商剥离出来在大陆成立的公司，核心团队来自台湾智微的杭州联芸科技。这些公司的特点是拥有一定的技术积累，具备一定产品竞争力，而劣势则是产品多处在第一代，成熟度有待提升，需要加快商业化进程；此外就是一些海归派，包括华澜微电子、英韧创等，这些公司的特点是自带光环，技术实力不俗。但产品推出较晚、产品线还比较少，也有待市场检验。

3. 总结

闪存领域，国产只有长江存储一支独苗，在闪存控制领域，国产主控百花齐放。但我感觉是多强。国产还未完全取得市场信赖，所以常见主控还是国外的。

造成这样的原因有：
1） 常见主控基本是闪存原厂的，原厂主控配原厂闪存，从闪存品质到两者交互都更好。

2）国产主控发展时间不久，有概念有产品，但市场知名度不高。

3）国产主控发展较晚，产品未经过市场长时间打磨，可靠性还有差距。固态硬盘掉盘问题高发还是一个噩梦。

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