國產主控迎來春天 下一代SSD硬碟就用「中國芯」
【PConline 雜談】SSD硬碟逐漸取代HDD機械硬碟已經是大勢所趨，2016年全球SSD硬碟出貨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、西數等公司是NAND快閃記憶體市場最大的贏家，唯一的好消息就是國內公司目前已經殺入存儲市場，在NAND快閃記憶體、SSD主控等領域加速發展。
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最大的NAND生產基地。今天我們來關注一下國產主控晶元的情況，它也是存儲市場中非常重要一部分，影響著SSD硬碟的性能、穩定性、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硬碟我們見過很多種了，根據介面、大小等不同有多種分類，目前最常見的是SATA介面的2.5寸規格以及PCI-E通道的M.2 2280硬碟，U.2介面、AIC插卡式SSD硬碟主要用於工作站、伺服器等市場，消費級市場比較少見。
SSD結構示意圖
不論哪種規格尺寸，SSD硬碟內部的結構都是差不多的，通常包括PCB（含供電電路）、NAND快閃記憶體、SSD主控、介面等，還有一個並非必要但依然很重要的緩存晶元。
最核心的部分其實就是NAND快閃記憶體和主控，從成本上來說NAND快閃記憶體大概能佔SSD硬碟物料成本的70%或更多，目前128GB到1TB容量的SSD通常要使用2-8顆快閃記憶體晶元，主要來自三星、東芝、美光、西數（閃迪被西數收購）、英特爾、SK Hynix等公司，其中三星、西數、英特爾一般是自用較多，第三方品牌的SSD硬碟通常使用東芝、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快閃記憶體的學問就更多了，除了不同廠商不同技術不同類型之外，NAND快閃記憶體光是質量等級就有原廠、白片、黑片以及拆機片之分，不過有關快閃記憶體的內容不是今天的重點，以後有機會再說。
至於緩存晶元，它不是SSD硬碟中必須的，這主要取決於主控類型，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，性能遠高於NAND快閃記憶體，配備緩存可以大大提升SSD硬碟的性能，尤其是寫入性能。
其次就是主控了，一般來說主控晶元的成本佔據SSD硬碟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硬碟比作一個大貨車，那麼主控就相當於駕駛室，主控里的固件相當於駕駛員，它決定著貨車怎麼開。
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，成本取決於廠商的供應鏈控制、管理。
2美系、台系主控先後崛起
SSD主控變遷：美系、台系先後崛起，下一步看大陸
NAND快閃記憶體是SSD硬碟中最重要的部分，但是生產NAND門檻很高，全球也只有三星、SK Hynix、東芝/西數、美光/英特爾四大陣營，他們幾家幾乎壟斷了NAND市場，而建設一座12英寸NAND工廠，投資動輒數十億美元，所以之前沒有什麼公司有勇氣挑戰他們。
SSD主控晶元就不一樣了，它的生產、製造可以交給台積電等代工廠解決，主控晶元設計也有成熟的ARM內核、DDR物理層等IP授權可用，研發難度大大降低，所以前幾年湧現出了許多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節點之前，老玩家大概還記得SF-2281這顆經典主控吧，還有他們獨特的壓縮演算法，當年也是人盡皆知。
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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。
▍台系主控趁機發力：
SF衰落之後，崛起的是台灣SSD主控公司，其中JMicron起步較早，可惜並沒有堅持下去，被後面的群聯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、SMI這兩家。
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目前風頭最勁的就是群聯公司，除了主控技術優勢之外，群聯背後還有東芝入股，所以他們可以提供主控、快閃記憶體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出SSD硬碟，所以獲得了廠商認可，而SMI雖然略輸一籌，但是憑藉更低的價格也獲得了國內外SSD廠商的青睞。
台系主控目前是SSD市場上的主流，甚至連英特爾的SSD硬碟都有採用，不過從2015年以來，國內廠商也陸續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，再加上國內半導體基金對存儲晶元的扶植，國產主控今年開始嶄露頭角，假以時日勢必要在國內市場大展身手。
3國產主控隨國產NAND起舞，大基金助力
國產主控市場：隨國產NAND起舞，大基金助力
在NAND快閃記憶體、DRAM內存市場上，中國廠商所需的晶元幾乎100%依賴進口，所以國家半導體發展規劃中就選擇了存儲晶元為突破口，特別是紫光主導的長江存儲在武漢建設國內最大的存儲晶元基地，一期投資240億美元，主要生產3D NAND快閃記憶體，月產能高達30萬片晶圓/月。
逐步解決NAND快閃記憶體供應問題之後，國內廠商也紛紛投資SSD主控晶元領域，形成國產NAND快閃記憶體+國產主控的真正自主產權，所以這幾年湧現出了多家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、企業級市場的中勃、一方信息等公司，另外還有台系廠商在大陸設立的子公司，比如群聯就在合肥成立了兆芯科技，杭州聯芸科技也有台資參與。
總的來說，國內公開報道能找到的進軍SSD主控市場的公司就不少於10家，數量上已經超越美國、台灣地區的公司。不過國內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、聯芸科技，即便有老牌半導體公司背景，SSD主控業務也是近年來才涉及的，所以絕大多數國產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髮揮了重要作用，通過參股、投資等方式為多家企業提供資金支持，畢竟研發一款晶元耗資都是數千萬甚至上億元。據公開報道，2015年6月28日，國科微電子宣布，其與國家集成電路產業投資基金股份有限公司在長沙簽署合作協議。根據協議，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。
4國產主控技術、工藝追上來了
國產主控現狀：技術、工藝追上來了，國密認證是亮點
那麼國產主控現在已經發展到了什麼程度？以往評價國產晶元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主控的關鍵，不過這幾年來情況已經大有改善，大基金的扶植使得這些公司不再缺少研發資金，國產主控的性能已經追上來了。
聯芸科技的SSD主卡實測表現
成立於2014年的聯芸科技在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，搭配不同的快閃記憶體顆粒都可以達到560MB/s讀取、520MB/s寫入的性能，隨機4K性能也在40或者48MB/s，整體性能已經不輸Marvell、群聯等公司的SATA主控。
在高端的PCI-E硬碟上，國內公司也實現了突破。2017年11月份，憶芯科技在北京舉行發布會，推出了STAR1000 PCI-E主控晶元，支持 PCI-E 3.0 x4通道與NVMe 1.2協議，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多種快閃記憶體類型。
性能方面，STAR1000支持ONFI 4.0與Toggle DDR 3.0快閃記憶體介面，支持LPDD3/LPDDR4-2400緩存，連續讀寫速度晁蓋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主控使用的是台積電28nm HPC工藝，在製程工藝上遙遙領先國內主要的40-55nm水平，放在國外也是一流水準，群聯、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，國產主控還有一個特別的優勢，那就是支持國內認證的安全加密，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系列晶元硬體集成國密SM2/3/4加解密演算法，獲得中國信息安全測評中心、國家密碼管理局雙重認證。
5國產主控迎來春天、與國產快閃記憶體磨合尚需時間
總結：國產主控迎來春天，與國產快閃記憶體磨合尚需時間
經過國產公司的不懈努力以及大基金的支持，國內公司如今在SSD主控市場已經闖出了一片天地，困擾發展的技術、人才、資金等問題逐步緩解，總體水平上已經追上來了，並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。
不過現在還不到國產主控驕傲的時候，先進水平的主控已經研發出來了，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NAND快閃記憶體量產並大規模上市還需要一兩年時間，國產主控還需要跟國產快閃記憶體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，國內主控公司依然缺少這方面的積累，這個急不得，只能在產品上積累磨合。
