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固態(tài)硬盤（SSD）主要包括主控芯片、閃存顆粒和緩存單元三大組件，在這三大件中，采購成本最高的是閃存顆粒，大約占據(jù)了70%的份額；由于不同廠商對不同產品的定位問題和有些產品存在內外置緩存的區(qū)分，緩存單元一般無法統(tǒng)一論述；但最有技術含量和核心技術的則是主控芯片了。

目前固態(tài)硬盤的主控主要分為兩大陣營：原廠和主控廠商。今天主要的閃存制造廠有三星、東芝、美光、海力士，以及不久前與美光分家的英特爾，它們也同時生產原廠固態(tài)硬盤。

不過現(xiàn)在除了三星之外，很多原廠固態(tài)硬盤也不再使用完全自主研發(fā)的主控芯片了，比如英特爾545s和660p/760p、美光的BX500、MX500，使用的都是慧榮的主控。再比如說東芝的TR200，名義上它使用的是東芝自家的TC58NC1010GSB，其實仔細一看，還是群聯(lián)PS3111的底子。海力士對外宣稱其固態(tài)硬盤的主控是自主研發(fā)的，目前披露的相關信息比較少。

也就是說，各大閃存原廠都在一定程度上將主控設計和固件研發(fā)的工作委派給專門的主控供應商，由它們在原廠的技術支持下，完成相關的主控和固件設計。最終，原廠固態(tài)硬盤產品會通過定制固件的方式，將原廠固態(tài)硬盤跟公版產品區(qū)分開來。

除了三星的固態(tài)硬盤主控是自產自銷外，市場上處于第一梯隊的固態(tài)硬盤主控廠商主要有Marvell、慧榮（Silicon Motion）、群聯(lián)（Phison），以及處于第二梯隊的智微（Jmicron）、瑞昱(Realtek)和云蓮（Maxiotek）；不過，目前國內有不少廠商參與到了SSD主控領域當中，并開始嶄露頭角，比如憶芯、杭州華瀾微電子、聯(lián)蕓科技等等。

SSD主控芯片都采用什么處理器架構？

一聽到主控芯片，我們很自然會聯(lián)想到個人PC里的CPU，即中央處理器。其實SSD中的主控芯片承擔的也是類似的工作，它起著指揮、運算和協(xié)作的作用。

首先，SSD主控要合理調配數(shù)據(jù)在各個閃存芯片上的負荷，讓所有的閃存顆粒都能夠在一定負荷下正常工作，協(xié)調和維護不同區(qū)塊顆粒的協(xié)作；

其次，它承擔了整個數(shù)據(jù)中轉，連接閃存芯片和外部SATA 接口；

還有，它要負責固態(tài)硬盤內部各項指令的完成，諸如trim、CG回收、磨損均衡等。

可以說，一款主控芯片的好壞直接決定了固態(tài)硬盤的實際體驗和使用壽命。圖2就是一個PCIe接口的典型SSD主控芯片系統(tǒng)架構。

圖1：聯(lián)蕓科技MAP100X SSD主控芯片系統(tǒng)架構。（圖片來源：聯(lián)蕓科技官網）

由于SSD主控需要承擔眾多任務，那它必須要有一個靠得住的CPU內核來幫忙。一些定位高端的主控通常還需要多個CPU內核，分別用來執(zhí)行不同的任務，并且在多個核心之間還需要有一套協(xié)同的機制?，F(xiàn)在很多SSD主控都使用了Arm的處理器架構，通常選擇Cortex-R系列。比如Marvell、聯(lián)蕓科技、華為等等。

與我們平時在手機上見到的A系列不同，R系列主要用于實時數(shù)據(jù)處理，在響應速度上更有優(yōu)勢，汽車自動駕駛系統(tǒng)中使用的往往就是R系列，當然我們的SSD主控也用到了它。

再來說主控的左右逢源能力。主控一方面是固態(tài)硬盤的大腦，另一方面也處在大腦主機與閃存顆粒之間，起到一個搭橋的作用，一方面要跟主機溝通協(xié)作，接受和處理主機發(fā)來的命令，另一方面也要跟呆頭呆腦缺乏智能的閃存顆粒打交道，搞好底層數(shù)據(jù)存取的具體實現(xiàn)。對于主機端的溝通，主要難點在于節(jié)能特性的把握上，SATA鏈路節(jié)能可以降低功耗，提升筆記本電腦電池續(xù)航時間，同時也符合綠色環(huán)保的理念。但是SATA鏈路進出節(jié)能狀態(tài)的過程中需要主機和固態(tài)硬盤雙方的協(xié)同，稍有不注意就會導致卡頓，甚至掉盤的惡劣情況出現(xiàn)。現(xiàn)在很多非原廠的主控為了減少麻煩，圖省事直接禁用了節(jié)能特性，也是一種不太自信的表現(xiàn)。

主控與閃存的溝通同樣很復雜。固態(tài)硬盤中的閃存通常被叫做RAW閃存，智能化程度很低，只能遵循特定的閃存接口，如Toggle或者ONFI進行訪問。而不同的閃存芯片在工作特性上有些千絲萬別的不同，這就需要主控去主動適應閃存的特點。

聯(lián)蕓科技的市場主管任吉表示，“現(xiàn)在的存儲顆粒質量越來越差，相應地對SSD主控的要求也將越來越高?！?/div>

因為SSD主控不僅要完成溫度管理、SMART健康度報告、壞塊管理等等任務，還需要實現(xiàn)糾錯，以及斷電保護等功能。

我們平時經?？吹焦虘B(tài)硬盤標注"支持LDPC糾錯"。LDPC糾錯實際上包含了硬判決和軟判決兩部分，前者在主控硬件內有硬件加速實現(xiàn)，后者則需要結合主控的運算能力去加強糾錯效果。

由于閃存顆粒并不是只到了壽命末期才會出錯的，只是末期的出錯率更高一些。所以說主控糾錯引擎其實是始終在運作的，每一筆寫入和讀出的數(shù)據(jù)，都要經過主控糾錯引擎的檢驗和處理。

斷電保護則是每一個固態(tài)硬盤主控都必須考慮的。過去我們講一顆固態(tài)硬盤帶不帶斷電保護，指的是固態(tài)硬盤是否有獨立的斷電保護電路，包括儲能電容、監(jiān)測電路和固件中的保護動作執(zhí)行邏輯。完整的斷電保護應該包括運行時用戶數(shù)據(jù)保護以及DRAM緩存當中元數(shù)據(jù)的保護。

除了Arm的R系列內核，也有選擇其他處理器內核的，比如憶芯科技的SSD主控芯片STAR1000P選用的是來自美國Synopsys公司的ARC處理器。

根據(jù)Synopsys官網的介紹，Synopsys 的 DesignWare? ARC? 處理器是 32 位 CPU，經 SoC 設計人員的優(yōu)化，可滿足各種不同用途的需求，從各類細分市場深度嵌入式應用到高性能主機應用，不一而足。設計人員可利用可綜合來定制各個 ARC 核實例，使產品各不相同，以滿足特定性能、功耗和面積的要求。DesignWare ARC 處理器還具有可延展性，可讓設計人員添加自己的定制指令，從而大大提高性能。全球已有超過 225 家客戶使用 Synopsys ARC 處理器，這些客戶每年總共產出 19 多億塊基于 ARC 的芯片。

目前該架構應用的領域有車用與工業(yè)用途、物聯(lián)網、移動市場、存儲、以及數(shù)字家居。

圖2：Synopsys ARC處理器的SSD和Flash主控解決方案。（圖片來源：Synopsys官網）

雖然國科微此前的GK2301用的是Arm的公版CPU內核，但其GK2302則是于中科龍芯合作的，采用了中科龍芯的處理器IP內核，也就是說，國科微的技術路線從Arm轉向了中科龍芯的改進型MIPS指令集。

中科龍芯提供給國科微的CPU核是GS132e，32位，單發(fā)射，4級流水線，芯片面積0.07平方毫米，主頻480MHz。

SSD主控芯片玩家，亞洲勢力在崛起

與機械硬盤的主控芯片集中在希捷、西數(shù)、東芝等少數(shù)幾家廠商不同，自SSD誕生以來，不斷有廠商進行主控芯片的研發(fā)和創(chuàng)新，臺系、日韓、歐美等都有專注于主控芯片研發(fā)的廠商，并沒有產生具有壟斷性質的芯片廠商。

因此，在SSD主控芯片市場，一直呈現(xiàn)著多極化的分層，早年的智微Jmicron、Indilinx、東芝自產，到中期大紅大紫，最終落入希捷之手的Sandforce，再到如今百花齊放的慧榮、群聯(lián)、Marvell、三星……，主控芯片廠商在不斷的競爭中將固態(tài)硬盤產品的總體性能提升向上提升了一大步，也推動了整個固態(tài)硬盤向消費市場的普及。

接下來，我們一起看看現(xiàn)在SSD主控芯片市場上的主要玩家們。

主流首選：Marvell

雖然在SSD領域，并沒有出現(xiàn)一家主控芯片廠商獨霸市場的壟斷情況，但依舊存在著市場份額較大的主控廠商，那就是Marvell主控芯片。

Marvell 1995年在美國加州圣塔克拉拉成立，在IC上的布局包括大容量存儲解決方案、網絡和無線連接等，半導體解決方案主要應用于企業(yè)、云、汽車、工業(yè)和消費類市場。

Marvell在SSD主控領域獨占鰲頭，除與部分NAND原廠形成緊密合作關系外，還與各SSD終端產品廠商達成廣泛合作。

與其有合作的SSD終端廠商有英特爾、美光、浦科特等。

一站式服務：慧榮主控

慧榮，全稱為慧榮科技，1995年成立于美國加州硅谷，2002年與***的慧亞科技合并后更名為慧榮科技(Silicon Motion, Inc.)，總部設于***。

Silicon Motion于2005年6月在美國NASDAQ上市，成為***第一家赴美掛牌的IC設計公司。目前總部設立于***，并在中國***、中國大陸（深圳、上海、北京）、香港、韓國、日本、美國均設有研發(fā)及運營團隊，公司于2005年在美國Nasdaq上市，成為亞洲第一家赴美掛牌的IC設計公司。

它除了提供閃存主控芯片，還有SSD、eMMC等嵌入式儲存產品，應用領域包括智能型手機、平板計算機、個人計算機和工業(yè)等。

慧榮科技的控制芯片品牌是“SMI”，企業(yè)級SSD品牌為“Shannon Systems”，移動通訊產品則是“FCI”品牌。

PCIe 4.0 SSD正在襲來，但很多時候，我們可能并不需要太過強大的U盤，小巧便攜也是一種剛需。

在臺北電腦展上，慧榮展示了首款單芯片設計的便攜式USB SSD主控，型號“SM3282”，整合了一顆USB 3.0主控、一顆SSD主控(雙通道八芯片)、3.3V/2.5V/1.8V/1.2V電壓調節(jié)器等，采用了68針QFN封裝。

以往打造便攜式SSD的時候，廠商需要使用一顆SSD主控芯片和一顆USB-PCIe橋接芯片，不但增加了成本和價格，也占用了很多內部空間，現(xiàn)在有了慧榮的方案，只需一顆芯片即可搞定，可以輕松將USB SSD做成一個大號U盤的樣子。

性能方面，持續(xù)讀寫速度都能超過400MB/s，也就是一塊較弱SATA SSD的水平。

它支持各家廠商的各種閃存顆粒，3D TLC、3D QLC都沒問題，最多96層堆疊，現(xiàn)場也展示了搭配Intel、美光、三星、SK海力士、東芝、西數(shù)的閃存解決方案。

據(jù)稱，該芯片將在今年晚些時候出貨。

圖3：慧榮在臺北電腦展上展示的SM3282存儲解決方案。

性價比的選擇：群聯(lián)電子

群聯(lián)電子，2000年成立于***新竹，是全球第一家推出單核心U盤主控芯片的***IC設計廠商，同時群聯(lián)作為NAND閃存解決方案的供貨商，也可以提供品牌廠商，系統(tǒng)與OEM服務。

群聯(lián)電子長期專注于閃存存儲主控芯片研發(fā)，涵蓋了USB、SD存儲卡、eMMC、UFS、PATA、SATA、PCI-E規(guī)格的SSD主控芯片，并為存儲系統(tǒng)和OEM/ODM等品牌客戶提供存儲解決方案，終端應用遍及消費性市場、工業(yè)制造及企業(yè)數(shù)據(jù)中心、嵌入式存儲等。

由于高度重視存儲加密技術，群聯(lián)電子在國際技術標準上取得了ONFI創(chuàng)始會員資格，同時也是SD協(xié)會、UFS協(xié)會的董事。

雖然目前主流的接口是PCIe3.0，但在臺北電腦展上，AMD帶來了支持PCIe 4.0的第三代銳龍?zhí)幚砥?、X570主板，隨后發(fā)布了同樣支持PCIe 4.0的新一代RX 5700顯卡。而在生態(tài)方面，群聯(lián)首發(fā)PCIe 4.0 SSD主控制器PS5016-E16(以及衍生的低端版本PS5019-E19)，技嘉、影馳、海盜船、博帝、必恩威等至少七家廠商同時拿出了PCIe 4.0 SSD，技嘉的甚至已經正式發(fā)布。

雖然慧榮也展示了PCIe 4.0主控，并由威剛展示相應的SSD，但進度相對慢很多，不知道何時才能上市。

作為主控大廠，群聯(lián)首發(fā)PCIe 4.0并不意外，但意外的是，E16這款主控從無到有的整個研發(fā)過程，用了僅僅9個月，創(chuàng)下行業(yè)紀錄。

要知道，一般的SSD主控研發(fā)往往需要耗時24個月左右。

此番群聯(lián)與AMD合作，僅用9個月就完成PCIe 4.0主控研發(fā)，并隨著新平臺同步登場，而且?guī)砹藰O為顯著的性能提升，無疑是一個相當成功的案例，也有利于推動整個行業(yè)的進步。

除了群聯(lián)電子，點序科技也是臺系不可忽視的一支中堅力量，其產品以閃存控制芯片為主，應用包含了SD/microSD、USB、eMMC、SSD控制芯片等，并依靠耗損平均(Wear-Leveling)算法、錯誤檢查糾正(ECC)、壞區(qū)管理(Bad Block Management)等技術，讓客戶的產品獲得穩(wěn)定的效能提升。

臺系主控目前是SSD市場上的主流，并在中國大陸協(xié)同伙伴贏得龐大的消費群體，市場份額不斷上升。

大陸系主控品牌

華為：2018年12月，華為在中國智能計算業(yè)務戰(zhàn)略發(fā)布會上推出智能SSD控制芯片，華為透露，早在2005年，公司就啟動了SSD控制芯片的研發(fā)，而最新的Hi 1812E，則是基于全新架構的第7代SSD。它采用臺積電16納米工藝，將PCle NVMe與SAS融合，支持PCIe 3.0、SAS 3.0、PCI-E熱插拔、智能加速、多流、原子寫、QoS等等，并且壽命延長20％。

在存儲技術方面，華為也推出ES3000系列SSD，ES3000 SSD是華為企業(yè)級高性能固態(tài)硬盤，采用華為自研Hi1812 SSD控制芯片和六代SSD產品演進的算法技術，配套NAND Flash介質，提供NVMe PCIe和SAS兩種接口，具有性能高、響應快、可靠性高等特點，解決硬盤IO性能瓶頸，大幅提升數(shù)據(jù)庫、云服務、虛擬化、分布式存儲、大數(shù)據(jù)等業(yè)務應用性能，幫助客戶降低系統(tǒng)TCO。

杭州華瀾微電子(Sage Microelectronics Corp)：該公司可提供存儲卡、U盤、移動硬盤、固態(tài)硬盤、硬盤陣列以及大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)控制器芯片和解決方案，并實現(xiàn)了上述產品的芯片級信息安全防護。

公司于2015年并購了美國initio(晶量)公司的橋接芯片產品線，形成了initio Bridge芯片系列，產品已經廣泛應用于工業(yè)控制、個人消費、航空航天、測量裝備等領域。

目前華瀾微電子可供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用，而且正在逐步發(fā)展的高端企業(yè)級應用。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。

深圳市得一微電子(YEESTOR Microelectronics Co.,Ltd)：它專注于存儲控制芯片領域，為客戶提供優(yōu)質的存儲控制芯片以及專業(yè)化的技術支持和服務。

其產品主要是SSD、eMMC、USB、SD等主控芯片以及安全存儲控制器，廣泛應用于移動存儲、便攜式存儲和安全存儲領域。

2019年1月，得一微電子推出旗艦PCIe3x4 SSD主控YS9203，這顆PCIe Gen3x4 SSD主控芯片專門針對消費級旗艦以及輕企業(yè)級應用而打造，得益于硬件和固件上的優(yōu)化，該主控將充分發(fā)揮NWMe1.3的性能。該主控提供PCIe 4個Lane和8個NAND Flash通道，支持3D MLC/TLC/QLC的NAND，使用LDPC以及Enhance RAID增強了數(shù)據(jù)可靠性和耐久性。它還支持1.2V和1.8V接口電壓，國密SM2/SM3/SM4，TCG OPAL。消費級工作溫度范圍：0°C-70°C，工業(yè)級工作溫度范圍：-40°C-85°C。順序讀寫速度高達3500MB/s, 3200MB/s, 隨機讀寫速度都高達800K IOPS。

聯(lián)蕓科技（Maxio）：聯(lián)蕓科技隸屬中國電科集團（CETC），繼美國 MARVELL、*** SMI 之后全球第三家也是國內唯一能夠大規(guī)模量產 SSD 主控芯片廠商。

聯(lián)蕓科技可提供多款 SSD 解決方案，其 MAS0901 固態(tài)硬盤主控芯片的企業(yè)級固態(tài)硬盤解決方案，性能已達國際同類固態(tài)硬盤主控芯片及固態(tài)硬盤解決方案領先水平。MAS0901 固態(tài)硬盤主控芯片是針對企業(yè)級及數(shù)據(jù)中心級打造一款重量級 SSD 主控芯片，該芯片支持 SATA3.2 接口技術，支持 Toggle2.0&ONFi4.0 & Async 閃存接口、支持 DDR3/DDR3L/DDR4 接口、原創(chuàng) Aglie ECC DSP 算法（LDPC）、支持 RAID5 技術等；在安全方面：支持 AES256、SHA256、RSA2048 國際密碼算法以及國產商用密碼算法 SM2、SM3、SM4，確保數(shù)據(jù)安全及防止固件被惡意篡改。

圖4：聯(lián)蕓科技在展會上展示的SSD主控芯片。

聯(lián)蕓科技的MAP1000系列PCIe SSD主控芯片，包含MAP10002（4閃存通道，無DRAM）、MAP1003（4閃存通道）和較為高端的MAP1001（8閃存通道），均采用28nm工藝制造。

其中，MAP1001支持PCIe 3.0 x4，可掛載3D MLC/TLC/QLC等多類型、多品牌閃存芯片。

圖5：聯(lián)蕓科技的SSD主控芯片參數(shù)。

性能方面，MAP1001可達到最高3.5GB/s順序讀速、3GB/s順序寫速、800K IOPS隨機讀速和600K IOPS隨機寫速。

據(jù)悉，聯(lián)蕓科技的客戶將從今年三季度開始測試MAP1001/1002，商用SSD成品最快今年底或明年面世。

憶芯科技：憶芯科技成立于2015年11月，是國內最早致力于高性能SSD主控芯片研發(fā)的初創(chuàng)企業(yè)。

在歷經了FPGA技術驗證、MB1000原型芯片，STAR1000量產芯片后，憶芯科技在今年初推出了最新一代高端消費級/入門企業(yè)級SSD主控芯片STAR1000P。

STAR1000P是憶芯科技的第二代 NVMe SSD控制器，主機接口為 PCIe Gen3x4，支持NVMe1.3協(xié)議，支持8個閃存通道，最大32TB Flash容量。STAR1000P實現(xiàn)了3.5GB/s和3.2GB/s的順序讀寫以及600 K IOPS以上的隨機讀寫性能，最低8us的寫延遲。該芯片除支持國際AES加密標準以外，也全面支持中國商密（SM2/3/4）安全方案。STAR1000P采用憶芯科技第三代 StarlDPC糾錯碼技術，可以輕松應對3DTLC/QLC挑戰(zhàn)。DVFS技術，極致優(yōu)化動態(tài)時鐘門控等任功耗技術，保證了STAR1000P在全性能模式下的功耗僅為2W左右。同時STAR1000P增強了 NVMe PI，EEEC，In－line ECC等糾錯技術，以滿足工業(yè)及企業(yè)級高可靠性要求。

其設計采用新思DesignWare ARC HS38處理器多核結構，利用ARC可擴展架構與自定義指令集，提高硬件調度效率。

不過，憶芯科技并沒提到STAR1000P主控硬盤何時上市，不過表態(tài)已經在跟國內多家廠商聯(lián)合開發(fā)基于STAR1000P主控的SSD硬盤，主要面向企業(yè)級、客戶端市場。

國科微：2018年12月，國科微發(fā)布固態(tài)存儲產品--GOKE 2301系列SSD，使用的主控芯片是國科微自主研發(fā)的GK2301。該主控通過了國測和國密雙認證，并擁有自主知識產權。GK2301支持SATA3.2標準，最大帶寬560Bps，支持4通道閃存，最大支持4TB容量。芯片方面，其支持SLC/MLC/TLC/3D閃存顆粒，支持最大2GB，16位寬的DDR3/DDR3L的外置緩存。最重要的是支持國密SM2/3/4及SHA-256/AES-256加密，以及國科第二代LDPC w/Soft DSP糾錯引擎。

國科微GK2302主控則使用的是中科龍芯的IP內核，這意味著它的技術路線從ARM變成了龍芯改進后的MIPS指令集?？紤]到龍芯現(xiàn)在已經買斷了指令集，并且可以自主改進，國科微GK2302主控可以號稱血統(tǒng)最純正的國產SSD主控了。

GK2302系列芯片采用高速SATA 6Gbps接口與主機通訊，單芯片容量最大支持4TB，讀寫速度達到500MB/s。