三星SSD硬盘将逐渐取代HDD机械硬盘，国产主控迎来春天

SSD硬盘将逐渐取代HDD机械硬盘 国产

主控迎来春天

SSD硬盘逐渐取代HDD机械硬盘已经是大势所趋2016年全球S SD硬盘出货1.5亿个到2021年还将进一步增长到2.5亿个市场价值高达300亿美元这是存储市场的一片蓝海。可惜的是 目前这个市场主要被国外公司垄断三星、东芝、美光、西数等公司是NAND闪存市场最大的赢家唯一的好消息就是国内公司目前已经杀入存储市场在NAND闪存、 SSD主控等领域加速发展。

我们平时关注的存储公司主要是长江存储 因为他们正在建设国内最大的NAND生产基地。今天我们来关注一下国产主控芯片的情况它也是存储市场中非常重要一部分影响着SSD硬盘的性能、稳定性、可靠性。 SSD很常见但

你真的了解它的结构吗

SSD主卡到底有多重要那我们首先来看看一个SSD都是由那些元件构成的。 SSD硬盘我们见过很多种了根据接口、大小等不同有多种分类 目前最常见的是SATA接口的2.5寸规格以及PCI-E通道的M.22280硬盘 U.2接口、AIC插卡式SSD硬盘主要用于工作站、服务器等市场消费级市场比较少见。

不论哪种规格尺寸 SSD硬盘内部的结构都是差不多的通常包括PCB含供电电路、NAND闪存、 SSD主控、接口等还有一个并非必要但依然很重要的缓存芯片。

最核心的部分其实就是NAND闪存和主控从成本上来说NAND闪存大概能占SSD硬盘物料成本的70%或更多目前128GB到1TB容量的SSD通常要使用2-8颗闪存芯片主要来自三星、东芝、美光、西数闪迪被西数收购、英特尔、 SKHynix等公司其中三星、西数、英特尔一般是自用较多第三方品牌的S SD硬盘通常使用东芝、美光较多SK Hynix除了自用之外在消费级SSD上很少见OEM市场

居多。

NAND闪存的学问就更多了除了不同厂商不同技术不同类型之外 NAND闪存光是质量等级就有原厂、 白片、黑片以及拆机片之分不过有关闪存的内容不是今天的重点 以后有机会再说。

至于缓存芯片它不是SSD硬盘中必须的这主要取决于主控类型但是有了缓存颗粒显然会更好 因为缓存通常是DDR3或者DDR4容量256MB到4GB之间频率在1600到3200 MH z之间性能远高于N AN D闪存配备缓存可以大大提升SSD硬盘的性能尤其是写入性能。

其次就是主控了一般来说主控芯片的成本占据SSD硬盘10-15%的比例不是最贵的部件但也是非常重要的。如果我们把SSD硬盘比作一个大货车那么主控就相当于驾驶室主控里的固件相当于驾驶员它决定着货车怎么开。

PCB以及外壳等其他部件是SSD中最便宜的加起来

占的成本也就15%左右可能还会更低这部分没多少技术含量成本取决于厂商的供应链控制、管理。 SSD主控变迁美系、 台系先后崛起下一步看大陆

NAND闪存是SSD硬盘中最重要的部分但是生产NAND门槛很高全球也只有三星、 SK Hynix、东芝/西数、美光/英特尔四大阵营他们几家几乎垄断了NAND市场而建设一座12英寸NAND工厂投资动辄数十亿美元所以之前没有什么公司有勇气挑战他们。

SSD主控芯片就不一样了它的生产、制造可以交给台积电等代工厂解决主控芯片设计也有成熟的ARM内核、DDR物理层等IP授权可用研发难度大大降低所以前几年涌现出了许多SSD主控公司。

第一波崛起的SSD主控公司自然来自美国居多我们熟悉的S andFro c e、Marvell都是美系主控的代表前几年中这两家公司竞相推出主控新品尤其是在20nm节点之前老玩家大概还记得SF-2281这颗经典主控吧还有他们独特的压缩算法 当年也是人尽皆知。

Marvell也就是我们常叫的马牌大众认知上也是顶级的主控品牌浦科特的大多数型号都使用Marvell的主控所以耐久性也特别好长时间使用也不掉速。

另一方面 随着SSD市场竞争的激烈 再加上SandForce多次被收购这家美系主控公司开始衰落新品跟不上市场了最终被希捷收购 SF主控在市场上也少有人问津了只剩下Marvell支撑。台系主控趁机发力

SF衰落之后崛起的是台湾SSD主控公司其中JMi cron起步较早可惜并没有坚持下去被后面的群联Phision、 SMI慧荣击败了其他公司如瑞昱、VIA威盛也尝试过SSD主控市场但是影响力远不如群联、 SMI这两家。

目前风头最劲的就是群联公司除了主控技术优势之外群联背后还有东芝入股所以他们可以提供主控、 闪存以及固件的一体方案 SSD厂商只要购买他们的方案就能快速生产出SSD硬盘所以获得了厂商认可而SMI虽然略输一筹但是凭借更低的价格也获得了国内外SSD厂商的青睐。

台系主控目前是SSD市场上的主流甚至连英特尔的S SD硬盘都有采用不过从2015年以来 国内厂商也陆续加大存储市场的投资不少厂商就选择了SSD主控作为突破口再加上国内半导体基金对存储芯片的扶植 国产主控今年开始崭露头角假以时日势必要在国内市场大展身手。 国

产主控市场随国产NAND起舞大基金助力

在NAND闪存、DRAM内存市场上中国厂商所需的芯片几乎100%依赖进口所以国家半导体发展规划中就选择了存储芯片为突破口特别是紫光主导的长江存储在武汉建设国内最大的存储芯片基地一期投资240亿美元主要生产3D NAND闪存 月产能高达30万片晶圆/月。

逐步解决NAND闪存供应问题之后国内厂商也纷纷投资SSD主控芯片领域形成国产NAND闪存+国产主控的真正自主产权所以这几年涌现出了多家SSD主控厂商比较知名的就有江波龙、 国科微、忆芯、华澜微电子还有偏重军工、企业级市场的中勃、一方信息等公司 另外还有台系厂商在大陆设立的子公司 比如群联就在合肥成立了兆芯科技杭州联芸科技也有台资参与。

总的来说国内公开报道能找到的进军SSD主控市场的公司就不少于10家数量上已经超越美国、 台湾地区的公司。不过国内公司在主控领域依然是新兴力量很多公司都是最近三五年才成立的 比如忆芯科技、联芸科技 即便有老牌半导体公司背景 SSD主控业务也是近年来才涉及的所以绝大多数国产主控公司面临的问题主要是缺乏资金。

在这样的背景下 中国的半导体大基金发挥了重要作用通过参股、投资等方式为多家企业提供资金支持毕竟

研发一款芯片耗资都是数千万甚至上亿元。据公开报道2015年6月28日 国科微电子宣布其与国家集成电路产业投资基金股份有限公司在长沙签署合作协议。根据协议大基金向国科微电子注资4亿元人民币占股21.05%成为第二大股东。 国产主控现状技术、工艺追上来了 国密认证是亮点

那么国产主控现在已经发展到了什么程度以往评价国产芯片时人们总会说中国公司缺少技术、人才及资金三个问题也是困扰国产主控的关键不过这几年来情况已经大有改善大基金的扶植使得这些公司不再缺少研发资金 国产主控的性能已经追上来了。

成立于2014年的联芸科技在2017年的FMS存储会议上展示了SATA 6Gbps的MAS0902主控它不需要缓存颗粒搭配不同的闪存颗粒都可以达到560 MB/s读取、 520 MB/s写入的性能随机4K性能也在40或者48MB/s整体性能已经不输Marvell、群联等公司的SATA主控。

在高端的PCI-E硬盘上国内公司也实现了突破。2017年11月份忆芯科技在北京举行发布会推出了S TAR 1000PCI-E主控芯片支持PCI-E 3.0 x4通道与NVMe 1.2协议

支持StarLDPC ECC引擎支持ASE256以及TCG OPAL加密能够适配目前已有的MLC/TLC/3D MLC/3D TLC多种闪存类型。

性能方面STAR1000支持ONFI 4.0与Toggle DDR 3.0闪存接口支持LPDD3/LPDDR4-2400缓存连续读写速度晁盖3 GB/s写入速度超过2 GB/s随机读取、写入则达到了350K、 300K在当前的PCI-E主控中也是顶级水平。

更重要的是 STAR1000主控使用的是台积电28nmHPC工艺在制程工艺上遥遥领先国内主要的40-55nm水平放在国外也是一流水准群联、Marvell的高端SSD主控也是28nm工艺为主。

除了性能追上国际水平之外 国产主控还有一个特别的优势那就是支持国内认证的安全加密这不仅是自主可

控的要求还是军工、特种行业的必备要求之一。 以国科微为例他们推出的第二代主控G K2301系列芯片硬件集成国密S M2/3/4加解密算法获得中国信息安全测评中心、 国家密码管理局双重认证。总结 国产主控迎来春天与国产闪存磨合尚需时间

经过国产公司的不懈努力以及大基金的支持 国内公司如今在SSD主控市场已经闯出了一片天地困扰发展的技术、人才、资金等问题逐步缓解总体水平上已经追上来了并且在自主可控等要求上做到了海外公司做不到的地步前途还是很光明的。

不过现在还不到国产主控骄傲的时候先进水平的主控已经研发出来了但是目前我们能使用的还是东芝、美光等主控长江存储的国产NAND闪存量产并大规模上市还需要一两年时间 国产主控还需要跟国产闪存有个很长时间的磨合期毕竟对SSD来说可靠性是需要长时间检验的国内主控公司依然缺少这方面的积累这个急不得只能在产品上积累磨合。