隨著5G、自動駕駛、AI等場景發(fā)展對存儲的需求大幅增加，存儲在5G時代要求也更高，包括數(shù)據(jù)中心、交通設(shè)施以及移動端連接等方面，這都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)流量上升，也就需要更多的存儲解決方案。加上Flash顆粒的價格下降，這就讓SSD逐漸成為市場主流。進而吸引了越來越多的SSD主控玩家加入其中。
據(jù)深圳市得一微電子市場總監(jiān)羅挺介紹，國內(nèi)聲稱在做SSD控制器的廠商有三四十家，甚至更多。這數(shù)十家的新興勢力加上臺灣和美國等地方的廠商，毫無疑問，一場SSD主控爭奪戰(zhàn)正式開打。
臺灣廠商統(tǒng)治的市場
SSD流行起來是最近幾年的事情，但廠商開始研發(fā)SSD主控就可以追溯到十幾年前。直到2011年左右，以sandforce為代表的一大批廠商的興起，宣告了這個市場的升溫。特別是由這家公司開拓的，向客戶提供主控和PCBA設(shè)計的模式，更是成為了行業(yè)的榜樣。進入最近幾年，國際市場上的第三方SSD主控供應(yīng)商主要由慧榮、群聯(lián)、Marvel和Microchip（收購PMC而得）等國際廠商把持，但這些廠商在運營商各有各的專注。
華瀾微總裁駱建軍告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者，市場上的高端固態(tài)硬盤控制器芯片訂單主要集中在美國的Marvell和Microchip（收購PMC而得），面向的主要是工業(yè)領(lǐng)域和企業(yè)級系統(tǒng)；而消費類低端控制器芯片則主要由臺灣慧榮（SMI）和群聯(lián)（Phison）瓜分。其中慧榮的市場份額更是高達30%。
據(jù)了解，SMI之所以能發(fā)展起來，是因為他們對2D TLC NAND閃存技術(shù)迭代和對低品質(zhì)NAND閃存顆粒（INK DIE /RECLAIM/拆機片等）的友好支持。這讓他們一戰(zhàn)成名，超越MARVELL和JMicron，成為當(dāng)今SSD主控器行業(yè)霸主，其賴以成名的SSD主控器則包括了SM2246和SM2256。
隨后通過全面優(yōu)化升級版本量產(chǎn)SSD主控器產(chǎn)品推出SM2258/2258XT、SM2259/2259XT以及進入PCIE主控器市場，進入OEM及一流SSD品牌廠商，從進一步奠定了其在SSD主控器行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。
經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在的慧榮科技在消費性SSD控制器上有全系列的產(chǎn)品，覆蓋了SATA到PCIe。從高效能到主流，SMI都有相對應(yīng)的產(chǎn)品：在SATA部分，SM2258/SM2259是面向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)性能要求較高的應(yīng)用，像是server, Game PC．而SM2258XT/SM2259XT則是鎖定在一般消費者日常使用的SSD，提供使用者遠高于機械硬盤的效能與順暢感
至于曾經(jīng)的機器硬盤主控霸主Marvell，雖然他們的SSD主控器技術(shù)水平一直處于全球領(lǐng)先地位，但在固件開發(fā)投入和交付方面全面弱于SMI，對中國大陸快速發(fā)展的SSD代工廠和品牌商支持力度過低，從而失去了中國這一重要市場和在SSD主控器市場的統(tǒng)治地位。另外，這些年由于高管及團隊的動蕩與流失，也深刻影響到MARVELL公司在SSD主控器行業(yè)的霸主地位。
除了這些向第三供貨的SSD主控廠，另外還有一些in-house的SSD主控公司，在這方面也有很不錯的表現(xiàn)。例如前文提到的sandforce，還有三星旗下的相關(guān)設(shè)計公司，在這個領(lǐng)域的表現(xiàn)都是名列前茅的。
國內(nèi)廠商的加緊布局
前文提到，SSD主控市場吸引了數(shù)十家國內(nèi)廠商參與，但真正浮出水面的僅有幾家，其中要數(shù)得一微電子、聯(lián)蕓科技、華瀾微電子和憶芯科技最為知名。
據(jù)官網(wǎng)介紹，得一微電子成立于2017年，是由硅格半導(dǎo)體（成立于2007）與立而鼎科技（成立于2015）兩家公司合并而成，是全球重要的閃存控制芯片供應(yīng)商。據(jù)羅挺介紹，公司主要提供兩個品類，四個型號的的SSD主控產(chǎn)品，一個是SATA的（YS9081XT,YS9083XT），另一個是PCIe產(chǎn)品，其中YS9201控制器已經(jīng)量產(chǎn)；YS9203正在試產(chǎn)，預(yù)計明年Q2才會量產(chǎn)。
“過去的多年里，我們支持了U盤、SD卡，到現(xiàn)在的SSD控制，在這過程中也已經(jīng)積累了足夠的經(jīng)驗，這是我們能做好SSD控制器的主要保證”，羅挺告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者。
聯(lián)蕓科技則是國內(nèi)SSD主控的另一個重要玩家。據(jù)了解，聯(lián)蕓科技是由方小玲博士于2014年11月在中國杭州濱江國家高新區(qū)創(chuàng)建的一家致力于高端存儲控制芯片研究及產(chǎn)業(yè)化的集成電路芯片設(shè)計公司。該公司收購了JMicron（智微）的所有SSD業(yè)務(wù)，夯實了其技術(shù)和專利基礎(chǔ)。
2016年3月，聯(lián)蕓科技首款支持3D NAND閃存顆粒的SSD主控器（MAS080X）實現(xiàn)量產(chǎn)，并為客戶提供支持鎂光/因特爾32層3D NAND（B0KB/L06B）閃存顆粒的SSD固態(tài)硬盤完整解決方案，并在ADATA、APACER、BIWIN、HIKVISION、INNODISK、KINGSPEC等客戶實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，從而奠定了聯(lián)蕓科技在國產(chǎn)SSD主控器領(lǐng)域的行業(yè)地位，也實現(xiàn)國產(chǎn)SSD主控器可大規(guī)模商用的歷史性突破。
“我們在2017年五月推出的MAS090X系列SSD主控器可支持全球目前推出的所有已經(jīng)量產(chǎn)3D NAND閃存顆粒，也成為行業(yè)率先正式量產(chǎn)支持intel最新推出的N18 QLC閃存顆粒的首款SATA接口SSD主控器，并早于SMI 2259XT以及PHISON S11T在終端客戶實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，這是國產(chǎn)SSD主控器近十年來首次取得量產(chǎn)支持最新NAND閃存顆粒快于國際SSD主控器的一次重大進步，也可能成為SSD主控器市場國產(chǎn)化轉(zhuǎn)折的標(biāo)志點和大事件”，聯(lián)蕓科技（杭州）有限公司副總經(jīng)理李國陽說。
同樣來自于杭州的華瀾微電子股份有限公司則成立于2011年，由一支在美國硅谷經(jīng)過錘煉的技術(shù)團隊創(chuàng)建，公司專業(yè)從事數(shù)據(jù)存儲和信息安全的核心技術(shù)研究，提供數(shù)據(jù)存儲和信息安全領(lǐng)域的集成電路芯片和技術(shù)方案。按照公司官網(wǎng)介紹，他們是我國唯一全系列擁有數(shù)碼存儲控制器芯片的高科技公司。
從華瀾微總裁駱建軍介紹中我們得知，他們目前可供SATA,SAS, PCIE等接口的SSD控制器芯片系列，不僅僅可以滿足一般消費類應(yīng)用，而且正在逐步發(fā)展的高端企業(yè)級應(yīng)用。不僅僅如此，華瀾微的芯片還能夠提供國際通用加/解密算法（如AES）和國家商業(yè)密碼算法電路（SM2/3/4）的硬件支持，是中國最早把商密算法集成到SSD控制器的公司。
成立于2015年的憶芯科技是專注于企業(yè)級SSD主控芯片研發(fā)的，公司自成立以來，已申請三大核心專利板塊StarNVMe? 、StarLDPC?、StarFlash?合計專利近百項 ，現(xiàn)在也提供了PCIe NVMe SSD主控，STAR1000和STAR1000P兩款。據(jù)了解，現(xiàn)在他們對消費級產(chǎn)品也有涉水。
當(dāng)然，這些廠商只是國內(nèi)SSD主控的冰山一角，還靜待我們?nèi)ネ诰颉?/p>
與領(lǐng)先廠商差距明顯
雖然我們已經(jīng)有了不少的SSD主控廠商，但和其他很多領(lǐng)域一樣，我們這些國產(chǎn)廠商與國際上的領(lǐng)先廠商相比，差距明顯。
李國陽表示，國產(chǎn)SATA接口SSD主控器已經(jīng)達到國際先進水平，但在PCIE接口方面，還有很大的成長空間。 “雖然有多家國產(chǎn)SSD主控器廠商聲稱推出和量產(chǎn)PCIE接口SSD主控器，但實際量產(chǎn)非常少，主要還處于樣品和小規(guī)模試產(chǎn)階段，要達到規(guī)模量產(chǎn)程度還需求較長路要走，可以說國產(chǎn)PCIE接口SSD主控器與國際先進水平相比差距更大。短時間內(nèi)，還無法與國際一流PCIE接口SSD主控器進行PK和對標(biāo)。”，他強調(diào)。
華瀾微總裁駱建軍更是直言，目前，國產(chǎn)SSD控制器實際上魚龍混雜，只有極少數(shù)廠家真正是“國產(chǎn)”的。即使國產(chǎn)的控制器的少數(shù)廠家，其中核心的IP也是從國外授權(quán)/購買使用許可的，沒有自己可以修改的源代碼，更無從談起做任何的修改。總體來說，那就是國內(nèi)的控制器芯片的沒有技術(shù)積累，IP大多數(shù)掌握在別人手里，因此，在成本上面沒有競爭力，在技術(shù)演變發(fā)展方面也是被制約的。
憶芯科技相關(guān)負(fù)責(zé)人也指出，這個差距主要體現(xiàn)在三個方面：第一，受國際大廠標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)演進控制，國內(nèi)的技術(shù)眼界稍微受限；其次，目前flash 大廠還是以國外為主，對國內(nèi)企業(yè)支持力度相對有限；第三，SSD controller領(lǐng)域國內(nèi)各種積累，技術(shù)，產(chǎn)品，和國際大廠相比也相對有限。
慧榮科技資深副總段喜亭先生告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者：“首先，隨著NAND閃存正式進入3D制程發(fā)展，主控芯片的設(shè)計愈加復(fù)雜、門檻也越來越高，所需要運用的人力及投入的研發(fā)費用均較市場成長的幅度來得高，對中國的相關(guān)新入者來說，這是一個挑戰(zhàn)。但在大基金的支持下，困擾發(fā)展的技術(shù)、人才、資金等問題已經(jīng)逐步再緩解”。
“另一方面，目前大多還是使用國際的NAND閃存，而中國固態(tài)硬盤主控芯片也還需要跟國產(chǎn)NAND閃存有個長時間的磨合，畢竟對SSD來說，可靠性是需要長時間檢驗的，而這部分可在產(chǎn)品上慢慢磨合,透過經(jīng)驗累積來體現(xiàn)”，Nelson S. Duann補充說。
如何才能突破？
隨著NAND Flash層數(shù)的增加，還有其他不同存儲的引入，這就給SSD主控帶來一些新的挑戰(zhàn)。對于這些國產(chǎn)廠商來說，如何保證自己能穩(wěn)步發(fā)展，進而追上國際的先進水平，就成為他們關(guān)注的重點。
慧榮科技段喜亭指出，SSD主控的研發(fā)的難度來自性能、功耗和閃存的調(diào)適性三個方面：
首先，在性能上，當(dāng)PCIe成為SSD主控的前端介面之后，SSD的速度便演進的越來越快，目前主流的PCIe NVMe SSD的連續(xù)讀寫都到了3GB/s上下，未來前端介面還會繼續(xù)往PCIe Gen4邁進 SSD控制器是一個具體而微的嵌入式系統(tǒng)，芯片內(nèi)部有CPU搭配邏輯電路以及類比電路控制系統(tǒng)動作，對外有前端的PCIe，有DRAM介面，有NAND介面．當(dāng)系統(tǒng)速度越高的時候，多個介面的協(xié)同運作便變得極為重要，一但有考慮不周全的地方，整個SSD系統(tǒng)就不能發(fā)揮出預(yù)期的效能 SMI 一路從SATA到PCIe SSD主控芯片走來，已經(jīng)累積超過10年在SSD主控上設(shè)計的經(jīng)驗，今年已經(jīng)推出第三代的PCIe NVMe SSD主控芯片，現(xiàn)在的性能跟三星與英特爾最高端的SSD相比是并駕齊驅(qū)了．
其次，速度提高了，功耗也會跟著提高，但PCB卻從SATA的2.5寸變成更小的M.2 因此降低功耗與加強散熱變得十分重要，在這上面SMI已經(jīng)從兩部分著手，第一是優(yōu)化控制器的結(jié)構(gòu)，由于SMI是提供主控與固件的整體解決方案，因此，在結(jié)構(gòu)上便可以讓兩者緊密合作，并藉由automatic clock gating, multi power domain, 等減低功耗的技巧，達到性能與功耗的最佳化 第二是使用最新的半導(dǎo)體制程，如28nm, 16nm, 12nm等，新的制程可以使用較小的電壓驅(qū)動電路，因此功耗也可以有效降低，然而新制程的開發(fā)費用十分龐大，單單一套28nm的光罩需要1000萬人民幣，16nm 的光罩更高達2000萬人民幣，新的競爭者想要進來的話是越來越困難，SMI因為是市場龍頭，有能力也會持續(xù)投資維持領(lǐng)先地位．
第三，是閃存的調(diào)適性，閃存由于不可復(fù)寫，有限的寫入次數(shù)，較容易有讀干擾以及寫干擾等等特性，因此在使用上需要控制器做mapping table, wear leveling,garbage colleciont等， 再加上各家以及各個世代的閃存的特性不同，在SSD控制器上設(shè)計上需要保持很好的彈性，讓固件能夠搭配不同家，不同世代的閃存都能操作。
聯(lián)蕓科技李國陽也指出，目前很多非SSD行業(yè)專家和人士，都只是在關(guān)注SSD主控器本身，其實這是非常不全面的，并產(chǎn)生了技術(shù)和產(chǎn)品上的錯覺，SSD主控器研發(fā)成功與否，和是否能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)銷售完全不是一個概念。談SSD主控器研發(fā)技術(shù)難度更需要綜合考慮SSD主控器研發(fā)難度、與之適配的固件研發(fā)難度、大規(guī)模量產(chǎn)研發(fā)難度等整體難度：
首先，在SSD主控制器方面，我們需要關(guān)注高速IP接口、NAND閃存顆粒適配技術(shù)、28nm及以上工藝超過7000萬邏輯門電路芯片設(shè)計能力和封裝測試能力、對國產(chǎn)密碼算法SM4的性能要求和系統(tǒng)兼容性、高性能LDPC糾錯技術(shù)的持續(xù)研發(fā)能力等；
其次，在固件方面，包括垃圾回收、磨損均衡管理、壞塊管理、數(shù)據(jù)緩存管理、掉電保護等在內(nèi)的固件算法的好壞 直接影響到最終開發(fā)的SSD解決方案是否能夠量產(chǎn)，是否有競爭力的最為重要的指標(biāo)。
第三，一顆SSD主控器是否能夠量產(chǎn)，關(guān)鍵的是能否與不同廠商的NAND閃存顆粒進行搭配。不同廠商的NAND閃存顆粒特性差異較大，同一廠商NAND顆粒制程不同，產(chǎn)品差異性也非常大。這些NAND閃存特性，只被NAND顆粒原廠所掌握，而且很多涉及到核心技術(shù)秘密，NAND閃存顆粒原廠是不會對外公布的。目前，全球掌握NAND閃存顆粒技術(shù)的廠商主要包括：三星、因特爾、鎂光、海力士、閃迪，這些廠商都是行業(yè)巨鱷，實力非常小的國產(chǎn)SSD主控器廠商，很難獲得這些原廠支持，也就很難實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。
華瀾微駱建軍的觀點則認(rèn)為，SSD控制器芯片的難度，主要是四個：
第一個是高速硬盤/計算機接口技術(shù)，這個包括高速接口通信電路和協(xié)議，例如PCIE-Gen3的單個通道速度可以達到8Gb/s，即一秒鐘傳輸80億位二進制碼，今天的典型固態(tài)硬盤是4個通道，就是320億位/秒的傳輸速度，這個模擬電路比較難；更難的是，這個接口的協(xié)議包括通信握手、誤碼修正、數(shù)據(jù)包拆解/打包等，要用高速邏輯電路來實現(xiàn)，國際上只有極少數(shù)公司擁有這樣子的IP，因為它是二三十年時間一代代發(fā)展而來，僅僅協(xié)議的文本就是幾千頁，其中理解錯誤或者遺漏一兩點定義和描述，都可能使得芯片失敗；
第二個是難度在于閃存管理算法，主要包括糾錯算法、均衡算法、壽命管理等；
第三個是把高速接口電路、各種算法和處理器集成到一起的系統(tǒng)芯片集成能力，還要融入電源管理、可測試性設(shè)計等等，總設(shè)計師沒有十年經(jīng)驗是不可能指揮這個“戰(zhàn)役”；
第四個難處是固件（Firmware），實際上這是國內(nèi)很多廠家忽視的，很多做芯片的人看不起固件工程師，這是硬件中的軟件，芯片好比骨頭，很硬很重要，軟件好比肌肉和皮膚，很軟也很重要，這個固件是軟件，但是它直接在芯片內(nèi)部驅(qū)動底層硬件，好比韌帶，所以也有人叫它“韌體”。
當(dāng)然， 最后實際上還有一個最大的難點，就是投入風(fēng)險大，一個芯片的試驗，僅僅掩模（MASK，即照相底板費）就是100多萬美元（28納米工藝），還不算人力費用和其他成本，一兩個設(shè)計中的瑕疵，都可能使得一切付諸東流。
得一微電子的羅挺表示，F(xiàn)lash層數(shù)越多，可靠性越來越差，那就需要更強的性能，同時在管理方面也需要更多的策略。硬件方面，我們從過去的BCH糾錯發(fā)展到現(xiàn)在LDPC糾錯；在固件方面也有變化，TLC和QLC對編程方式、結(jié)構(gòu)和算法方式、平衡性能、成本和功耗和可靠性都提出了新的要求，這都是廠商需要考慮的東西。他強調(diào)，SSD主控開發(fā)過程中，資金投入非常大、研發(fā)周期非常長，且需要對Flash的支持，這都是對SSD
“總的來講，截止目前SSD主控器依舊是一款高技術(shù)門檻的集成電路芯片，國產(chǎn)SSD主控器如需要獲得突破，需要持續(xù)投入資金、人力和物力，需要少于一點浮夸，多一點踏實，腳踏實地，持之以恒，最終通過技術(shù)和產(chǎn)品品質(zhì)被市場認(rèn)可，這才是唯一出路，而REMARKING國外廠商SSD主控器，號稱國產(chǎn)化的做法無異于飲鴆止渴，后患無窮，也對我國信息安全帶來極大的安全風(fēng)險，我也衷心祝愿那些真正在推動SSD主控器國產(chǎn)化的SSD主控器廠商，最終獲得市場認(rèn)可，通過自己的努力，成就夢想”，李國陽最后說。