AI PC存儲：多通道支持PCIe 5.0，PCIe 5.0 SSD越來越能打

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃晶晶）調(diào)研機(jī)構(gòu)Canalys數(shù)據(jù)顯示，2024年全球AI PC出貨量將達(dá)到 4800萬臺，占個人電腦（PC）總出貨量的18%。預(yù)計到2025年，AI PC出貨量將超過1億臺，占PC總出貨量的40%。到2028年，AI PC出貨量將達(dá)到2.05億臺，2024年至2028年期間的復(fù)合年增長率（CAGR）將達(dá)到44%。

存儲是AI相當(dāng)重要的組成，AI訓(xùn)練帶旺了HBM，AI PC又將如何定義SSD呢。AI應(yīng)用需要大量的數(shù)據(jù)，并且AI訓(xùn)練和推理過程對數(shù)據(jù)存儲的讀寫性能要求更高。目前，PC處理器、閃存芯片、主控芯片、模組、終端等廠商都在推動PCIe 5.0 SSD的普及，并不斷提升它的性能以適應(yīng)AI PC端側(cè)AI的應(yīng)用。

一些面向PC的PCIe 5.0 SSD

消費(fèi)級市場已經(jīng)有不少廠商推出PCIe 5.0 SSD產(chǎn)品。包括Crucial英睿達(dá)T700/T705、海盜船MP700/MP700 PR、Lexar雷克沙PCIe?5.0 NM1090 SSD等等。

Crucial 英睿達(dá)T700是一款旗艦型的PCIe5.0 SSD，容量現(xiàn)有版本為1TB、2TB、4TB，采用美光232層TLC NAND閃存顆粒，搭配獨(dú)立緩存DRAM，配置群聯(lián)PS5026-E26主控，順序讀取速度高達(dá)12400MB/s，順序?qū)懭胨俣雀哌_(dá)11800MB/s，隨機(jī)讀取4KiB速度高達(dá)1500K IOPS，隨機(jī)寫入4KiB速度同樣高達(dá)1500K IOPS。

而Crucial 英睿達(dá) T705 PCIe 5.0 NVMe SSD采用升級版群聯(lián)PS5026-E26-52主控芯片，順序讀取速度達(dá)14500MB/s，順序?qū)懭胨俣冗_(dá)12700MB/s，提供1TB、2TB、4TB容量版本。

Lexar雷克沙PCIe?5.0 NM1090 SSD，搭載群聯(lián)E26主控，美光閃存顆粒，采用PCIe?5.0x4通道規(guī)格與NVMe?2.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，1TB版本標(biāo)稱順序讀寫達(dá)11500MB/s與9000MB/s，2TB以上順序讀寫達(dá)12000MB/s與11000MB/s。提供1TB、2TB與4TB的可選容量版本。

去年，海盜船開售首款PCIe 5.0 SSD MP700，順序讀取寫入均可達(dá)10000MB/s，隨后發(fā)布新款MP700 PRO PCIe 5.0 SSD，順序讀取速度可達(dá)12400MB/s，順序?qū)懭胨俣冗_(dá)11800MB/s。

近日，SK 海力士宣布公司開發(fā)出用于端側(cè)AI PC的“業(yè)界最高性能”固態(tài)硬盤SSD產(chǎn)品PCB01。SK 海力士表示公司業(yè)界率先將PCB01適用了‘PCIe 5.0 x 8 接口’技術(shù)，以顯著提升數(shù)據(jù)處理速度等性能。在面向 PC 的固態(tài)硬盤產(chǎn)品中，SK海力士的PCB01 順序讀寫速度分別達(dá) 14GB/s和 12GB/s。與上一代產(chǎn)品相比，PCB01 的能效提升了30% 以上，可提升大規(guī)模 AI 計算的穩(wěn)定性。

同時，SK 海力士在該產(chǎn)品上應(yīng)用了 SLC 緩存（SLC Caching）技術(shù)。該技術(shù)使部分 NAND 閃存存儲單元能夠以高速的 SLC 模式運(yùn)行。SK 海力士 PCB01 將提供 512GB、1TB、2TB 三種容量。SK海力士正在與全球 PC 客戶進(jìn)行對新產(chǎn)品的驗(yàn)證，計劃驗(yàn)證完成后今年內(nèi)開始量產(chǎn)，并同時推出面向大型客戶和普通消費(fèi)者的產(chǎn)品。

縱觀市面上消費(fèi)級PCIe 5.0 SSD，主要是PCIe 5.0 x 4接口、NVMe?2.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一些PCIe 5.0 SSD的讀取速度在12GB/s，而英睿達(dá) T705、SK海力士PCB01 SSD讀取速度達(dá)14GB/s，充分發(fā)揮性能，此外PCB01 SSD支持PCIe 5.0 x 8接口，根據(jù)SK海力士的說法這x8接口產(chǎn)品專注于高性能PC市場。若以PCIe 5.0 x 8理論數(shù)據(jù)來看，吞吐量可達(dá)31.5GB/s，為了適用于AI PC的端側(cè)智能，PCIe 5.0 SSD將持續(xù)升級性能。

主控芯片制造工藝與性能提升

目前市面上消費(fèi)級PCIe 5.0 SSD大多選用了群聯(lián)電子推出的PS5026-E26主控，除了這款主控外，群聯(lián)電子又推出兩款PCIe 5.0主控，包括E26 Max14um以及E31T。

PCIe 5.0 SSD PS5026-E26 Max14um，極速可達(dá)到穩(wěn)定14.7GB/s讀取效能 (Sequential Read Performance) 且為全球首款在PCMark 10及3DMark Storage Tests達(dá)到1000MB/s跑分的旗艦控制芯片。

群聯(lián)推出高效能DRAM-Less E31T SSD儲存方案，延續(xù)旗艦PCIe 5.0 E26技術(shù)，將是全球首款速度達(dá)到10GB/s的主流SSD (Mainstream SSD)，為儲存市場以及PC OEM帶來革命性變革。

E31T采用臺積電的7nm制程技術(shù)制造，專為PCle5x4接口而設(shè)計，使固態(tài)硬盤具有最大的頻寬和連結(jié)效率。在目前3600MT/s的NAND世代下，E31T SSD效能可達(dá)到10.8GB/s，最高容量將達(dá)到8TB；而未來等待4800MT/s的新世代NAND發(fā)布后，E31T SSD的極速更將提升至14GB/s，推升PCIe 5.0 DRAM-Less SSD效能至全新的境界。

慧榮科技SM2508 PCIe 5.0主控采用TSMC 6nm EUV制程，支持的閃存顆粒通道速度可達(dá)3600MT/s，順序讀寫速度均可達(dá)14GB/s，隨機(jī)讀寫可達(dá)2.5M IOPS和2.4M IOPS。

英韌科技發(fā)布消費(fèi)級PCIe 5.0主控方案YRS820，基于RISC-V（開源指令架構(gòu)），支持4通道PCIe 5.0標(biāo)準(zhǔn)的接口，配備了8個NAND閃存通道，支持NVMe 2.0協(xié)議，接口傳輸率達(dá)2667MT/s，可搭配3D TLC/QLC NAND閃存，最高支持8TB容量。其提供了14GB/s的順序讀取速度，以及12GB/s的順序?qū)懭胨俣龋S機(jī)讀取和隨機(jī)寫入分別達(dá)到了2000K IOPs和1500K IOPs。YRS820主要面向包含AI PC在內(nèi)的高端消費(fèi)級市場。

可以看到，存儲主控芯片廠商對于PCIe 5.0主控的研發(fā)迭代，將一掃前期SSD的順序讀取速度不到14GB/s的窘境，未來PCIe 5.0 SSD順序讀取速度都將提升至14GB/s。并且先進(jìn)制程工藝的采用也能夠降低功耗，給PCIe 5.0 SSD帶來更好的使用體驗(yàn)。

PC處理器對PCIe?5.0的通道支持更多

PCIe?5.0的應(yīng)用離不開主流CPU廠商的支持，英特爾12代酷睿處理器、AMD?Ryzen?7000系列處理器開始，提供16條PCIe?5.0通道，進(jìn)行CPU與PCIe?5.0設(shè)備的直連。例如，英特爾12代酷睿CPU PCIe通道總數(shù)為20條，提供PCIe 5.0 x 16通道用于直連獨(dú)立顯卡，以及PCIe 4.0 x4通道用于M.2固態(tài)硬盤。

又例如，AMD X670E提供高達(dá)24個PCIe 5.0通道，以及高達(dá)44個PCIe總通道，新主板X870 X870E，會支持更多的PCIe 5.0通道。最近有消息，英特爾Arrow Lake-S在新一代平臺共有32條PCIe通道，其中20條PCIe 5.0通道和12條PCIe 4.0通道，包括16條PCIe 5.0通道用于連接獨(dú)立顯卡、4條PCIe 5.0通道用于連接M.2 SSD、另外還有4條PCIe 4.0通道也用于連接M.2 SSD、剩下8條DMI 4.0的通道連接PCH。

可以說，在處理器提供的PCIe通道數(shù)方面，雖然目前英偉達(dá)、AMD顯卡還不支持PCIe?5.0，即便英偉達(dá)RTX4090顯卡也不支持PCIe?5.0。但考慮到未來PCIe 5.0的應(yīng)用越來越普及，處理器廠商也會提供更充足的PCIe通道。

小結(jié)：

生成式AI不僅帶動了AI訓(xùn)練的熱潮，更重要是在邊緣側(cè)AI推理應(yīng)用的真正落地。AI對于存儲設(shè)備有著高帶寬高性能的需求，這將加速PCIe標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)與普及。PCIe的標(biāo)準(zhǔn)從4.0演進(jìn)到5.0甚至6.0，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)先行，隨后導(dǎo)入應(yīng)用。當(dāng)前正是PCIe4.0向PCIe5.0導(dǎo)入的關(guān)鍵時期。從最開始的AI服務(wù)器，拓展到包括AI PC在內(nèi)的越來越多的終端設(shè)備。預(yù)計隨著傳統(tǒng)PC向AI PC升級換代，PCIe5.0在2024年加速，2025年上量，滲透率持續(xù)提升。