你了解SSD的結構嗎？國產(chǎn)主控芯片何時才會真正來臨

SSD硬盤逐漸取代HDD機械硬盤已經(jīng)是大勢所趨，2016年全球SSD硬盤出貨1.5億個，到2021年還將進一步增長到2.5億個，市場價值高達300億美元，這是存儲市場的一片藍海。可惜的是，目前這個市場主要被國外公司壟斷，三星、東芝、美光、西數(shù)等公司是NAND閃存市場最大的贏家，唯一的好消息就是國內(nèi)公司目前已經(jīng)殺入存儲市場，在NAND閃存、SSD主控等領域加速發(fā)展。

我們平時關注的存儲公司主要是長江存儲，因為他們正在建設國內(nèi)最大的NAND生產(chǎn)基地。今天我們來關注一下國產(chǎn)主控芯片的情況，它也是存儲市場中非常重要一部分，影響著SSD硬盤的性能、穩(wěn)定性、可靠性。

SSD很常見，但你真的了解它的結構嗎？

SSD主卡到底有多重要，那我們首先來看看一個SSD都是由那些元件構成的。SSD硬盤我們見過很多種了，根據(jù)接口、大小等不同有多種分類，目前最常見的是SATA接口的2.5寸規(guī)格以及PCI-E通道的M.2 2280硬盤，U.2接口、AIC插卡式SSD硬盤主要用于工作站、服務器等市場，消費級市場比較少見。

不論哪種規(guī)格尺寸，SSD硬盤內(nèi)部的結構都是差不多的，通常包括PCB（含供電電路）、NAND閃存、SSD主控、接口等，還有一個并非必要但依然很重要的緩存芯片。

最核心的部分其實就是NAND閃存和主控， 從成本上來說NAND閃存大概能占SSD硬盤物料成本的70%或更多，目前128GB到1TB容量的SSD通常要使用2-8顆閃存芯片，主要來自三星、東芝、美光、西數(shù)（閃迪被西數(shù)收購）、英特爾、SK Hynix等公司，其中三星、西數(shù)、英特爾一般是自用較多，第三方品牌的SSD硬盤通常使用東芝、美光較多，SK Hynix除了自用之外在消費級SSD上很少見，OEM市場居多。

顆粒印字模糊的多為黑片

NAND閃存的學問就更多了，除了不同廠商不同技術不同類型之外，NAND閃存光是質量等級就有 原廠、白片、黑片以及拆機片之分 ， 不過有關閃存的內(nèi)容不是今天的重點，以后有機會再說。

至于緩存芯片，它不是SSD硬盤中必須的，這主要取決于主控類型，但是有了緩存顆粒顯然會更好，因為緩存通常是DDR3或者DDR4，容量256MB到4GB之間，頻率在1600到3200MHz之間，性能遠高于NAND閃存，配備緩存可以大大提升SSD硬盤的性能，尤其是寫入性能。

其次就是主控了， 一般來說主控芯片的成本占據(jù)SSD硬盤10-15%的比例， 不是最貴的部件，但也是非常重要的。如果我們把SSD硬盤比作一個大貨車，那么主控就相當于駕駛室，主控里的固件相當于駕駛員，它決定著貨車怎么開。

PCB以及外殼等其他部件是SSD中最便宜的， 加起來占的成本也就15%左右，可能還會更低，這部分沒多少技術含量，成本取決于廠商的供應鏈控制、管理。

SSD主控變遷：美系、臺系先后崛起，下一步看大陸

NAND閃存是SSD硬盤中最重要的部分，但是生產(chǎn)NAND門檻很高，全球也只有三星、SK Hynix、東芝/西數(shù)、美光/英特爾四大陣營，他們幾家?guī)缀鯄艛嗔薔AND市場，而建設一座12英寸NAND工廠，投資動輒數(shù)十億美元，所以之前沒有什么公司有勇氣挑戰(zhàn)他們。

SSD主控芯片就不一樣了，它的生產(chǎn)、制造可以交給臺積電等代工廠解決，主控芯片設計也有成熟的ARM內(nèi)核、DDR物理層等IP授權可用，研發(fā)難度大大降低，所以前幾年涌現(xiàn)出了許多SSD主控公司。

第一波崛起的SSD主控公司自然來自美國居多，我們熟悉的SandFroce、Marvell都是美系主控的代表，前幾年中這兩家公司競相推出主控新品，尤其是在20nm節(jié)點之前，老玩家大概還記得SF-2281這顆經(jīng)典主控吧，還有他們獨特的壓縮算法，當年也是人盡皆知。

Marvell也就是我們常叫的馬牌，大眾認知上也是頂級的主控品牌，浦科特的大多數(shù)型號都使用Marvell的主控，所以耐久性也特別好，長時間使用也不掉速。

另一方面，隨著SSD市場競爭的激烈，再加上SandForce多次被收購，這家美系主控公司開始衰落，新品跟不上市場了，最終被希捷收購，SF主控在市場上也少有人問津了，只剩下Marvell支撐。

臺系主控趁機發(fā)力

SF衰落之后，崛起的是***SSD主控公司，其中JMicron起步較早，可惜并沒有堅持下去，被后面的群聯(lián)Phision、SMI慧榮擊敗了，其他公司如瑞昱、VIA威盛也嘗試過SSD主控市場，但是影響力遠不如群聯(lián)、SMI這兩家。

目前風頭最勁的就是群聯(lián)公司，除了主控技術優(yōu)勢之外，群聯(lián)背后還有東芝入股，所以他們可以提供主控、閃存以及固件的一體方案，SSD廠商只要購買他們的方案就能快速生產(chǎn)出SSD硬盤，所以獲得了廠商認可，而SMI雖然略輸一籌，但是憑借更低的價格也獲得了國內(nèi)外SSD廠商的青睞。

臺系主控目前是SSD市場上的主流，甚至連英特爾的SSD硬盤都有采用，不過從2015年以來，國內(nèi)廠商也陸續(xù)加大存儲市場的投資，不少廠商就選擇了SSD主控作為突破口，再加上國內(nèi)半導體基金對存儲芯片的扶植，國產(chǎn)主控今年開始嶄露頭角，假以時日勢必要在國內(nèi)市場大展身手。

國產(chǎn)主控市場：隨國產(chǎn)NAND起舞，大基金助力

在NAND閃存、DRAM內(nèi)存市場上，中國廠商所需的芯片幾乎100%依賴進口，所以國家半導體發(fā)展規(guī)劃中就選擇了存儲芯片為突破口，特別是紫光主導的長江存儲在武漢建設國內(nèi)最大的存儲芯片基地，一期投資240億美元，主要生產(chǎn)3D NAND閃存，月產(chǎn)能高達30萬片晶圓/月。

逐步解決NAND閃存供應問題之后， 國內(nèi)廠商也紛紛投資SSD主控芯片領域，形成國產(chǎn)NAND閃存+國產(chǎn)主控的真正自主產(chǎn)權 ， 所以這幾年涌現(xiàn)出了多家SSD主控廠商，比較知名的就有 江波龍、國科微、憶芯、華瀾微電子， 還有偏重軍工、企業(yè)級市場的 中勃、一方信息 等公司，另外還有臺系廠商在大陸設立的子公司，比如群聯(lián)就在合肥成立了 兆芯科技，杭州聯(lián)蕓科技 也有臺資參與。

總的來說，國內(nèi)公開報道能找到的進軍SSD主控市場的公司就不少于10家，數(shù)量上已經(jīng)超越美國、***地區(qū)的公司。不過國內(nèi)公司在主控領域依然是新興力量，很多公司都是最近三五年才成立的，比如憶芯科技、聯(lián)蕓科技，即便有老牌半導體公司背景，SSD主控業(yè)務也是近年來才涉及的，所以絕大多數(shù)國產(chǎn)主控公司面臨的問題主要是缺乏資金。

在這樣的背景下，中國的半導體大基金發(fā)揮了重要作用，通過參股、投資等方式為多家企業(yè)提供資金支持，畢竟研發(fā)一款芯片耗資都是數(shù)千萬甚至上億元。據(jù)公開報道，2015年6月28日，國科微電子宣布，其與國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司在長沙簽署合作協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，大基金向國科微電子注資4億元人民幣，占股21.05%，成為第二大股東。

國產(chǎn)主控現(xiàn)狀：技術、工藝追上來了，國密認證是亮點

那么國產(chǎn)主控現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了什么程度？以往評價國產(chǎn)芯片時人們總會說中國公司缺少技術、人才及資金，三個問題也是困擾國產(chǎn)主控的關鍵，不過這幾年來情況已經(jīng)大有改善，大基金的扶植使得這些公司不再缺少研發(fā)資金，國產(chǎn)主控的性能已經(jīng)追上來了。

聯(lián)蕓科技的SSD主卡實測表現(xiàn)

成立于2014年的聯(lián)蕓科技在2017年的FMS存儲會議上展示了SATA 6Gbps的MAS0902主控，它不需要緩存顆粒，搭配不同的閃存顆粒都可以達到560MB/s讀取、520MB/s寫入的性能，隨機4K性能也在40或者48MB/s，整體性能已經(jīng)不輸Marvell、群聯(lián)等公司的SATA主控。

在高端的PCI-E硬盤上，國內(nèi)公司也實現(xiàn)了突破。2017年11月份，憶芯科技在北京舉行發(fā)布會，推出了STAR1000 PCI-E主控芯片，支持 PCI-E 3.0 x4通道與NVMe 1.2協(xié)議，支持StarLDPC ECC引擎，支持ASE256以及TCG OPAL加密，能夠適配目前已有的MLC/TLC/3D MLC/3D TLC多種閃存類型。

性能方面，STAR1000支持ONFI 4.0與Toggle DDR 3.0閃存接口，支持LPDD3/LPDDR4-2400緩存，連續(xù)讀寫速度晁蓋3GB/s，寫入速度超過2GB/s，隨機讀取、寫入則達到了350K、300K，在當前的PCI-E主控中也是頂級水平。

更重要的是，STAR1000主控使用的是臺積電28nm HPC工藝，在制程工藝上遙遙領先國內(nèi)主要的40-55nm水平，放在國外也是一流水準，群聯(lián)、Marvell的高端SSD主控也是28nm工藝為主。

除了性能追上國際水平之外，國產(chǎn)主控還有一個特別的優(yōu)勢，那就是支持國內(nèi)認證的安全加密，這不僅是自主可控的要求，還是軍工、特種行業(yè)的必備要求之一。以國科微為例，他們推出的第二代主控GK2301系列芯片硬件集成國密SM2/3/4加解密算法，獲得中國信息安全測評中心、國家密碼管理局雙重認證。

總結：國產(chǎn)主控迎來春天，與國產(chǎn)閃存磨合尚需時間

經(jīng)過國產(chǎn)公司的不懈努力以及大基金的支持，國內(nèi)公司如今在SSD主控市場已經(jīng)闖出了一片天地，困擾發(fā)展的技術、人才、資金等問題逐步緩解，總體水平上已經(jīng)追上來了，并且在自主可控等要求上做到了海外公司做不到的地步，前途還是很光明的。

不過現(xiàn)在還不到國產(chǎn)主控驕傲的時候，先進水平的主控已經(jīng)研發(fā)出來了，但是目前我們能使用的還是東芝、美光等主控，長江存儲的國產(chǎn)NAND閃存量產(chǎn)并大規(guī)模上市還需要一兩年時間，國產(chǎn)主控還需要跟國產(chǎn)閃存有個很長時間的磨合期，畢竟對SSD來說，可靠性是需要長時間檢驗的，國內(nèi)主控公司依然缺少這方面的積累，這個急不得，只能在產(chǎn)品上積累磨合。