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国产高端企业级主控新突破,忆芯科技为中国SSD生态注入新血液

在中国大陆,一些本地的存储企业早在几年前就开始推动存储产业国产化。近年来,伴随中美关系日趋不明朗,长江存储、合肥长鑫、福建晋华等企业加快了扩建速度,以助力国产存储芯片的研发与量产。经过了几年的技术积累,国产存储产业链企业已经陆续发布了自己的新品……

随着数据的地位在各行各业日益突出,对任何一家组织而言,数据泄露和数据篡改都是严重的安全泄密事件,它会极大危害组织的信息安全。存储对数据安全的重要性毋庸置疑,而当前存储行业存在着一个公开的秘密,随着各国关系更加走向不明朗,企业更倾向于本土化的存储供应链。Sk9esmc

实际上,在中国大陆,一些本地的存储企业早在几年前就开始推动存储产业国产化。近年来,伴随中美关系日趋不明朗,长江存储、合肥长鑫、福建晋华等企业加快了扩建速度,以助力国产存储芯片的研发与量产。经过了几年的技术积累,国产存储产业链企业已经陆续发布了自己的新品。Sk9esmc

主控作为存储行业的重要一环,其技术进步也对整个行业起到很大的推动作用。截至目前,市场上已经有一批国产主控厂有了新突破,其中就包括了忆芯科技。这是一家2015年成立的Fabless企业,先后完成了多颗消费级/企业级PCIe SSD主控芯片流片,并实现了大规模量产。目前,该公司正逐渐完善自己的SSD生态圈。Sk9esmc

新的企业级SSD主控芯片及SSD

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图1:忆芯科技高性能企业级SSD主控芯片STAR2000Sk9esmc

2023年3月初,忆芯科技面向全球发布了其PCIe 4.0高端企业级SSD主控芯片STAR2000、STAR2008、STAR2010,以及SSD盘STAR2000E系列。STAR2000是该公司第二代企业级主控芯片产品,将为其企业级SSD产品线打下坚实的基础。Sk9esmc

STAR2000采用了12nm工艺制程,支持PCle 4.0,有16个闪存通道,支持128TB容量,工作功耗<8W。该主控芯片采用了Arm® Cortex-A55处理器、支持NVMe 2.0协议、集成神经网络单元和硬件卷积加速单元。Sk9esmc

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图2:忆芯科技高性能企业级SSD STAR2000ESk9esmc

STAR2000E是基于STAR2000主控的PCIe4.0高性能企业级SSD产品。该款SSD产品支持双端口,具有业界领先的各类读写性能,支持NVMe 2.0、数据加密、TCG和各种安全协议。基于STAR2000主控提供的全硬件化固件签名验签技术,STAR2000E可以在SSD上电时对固件进行正确性验证,可以防止数据泄露、数据篡改事件的发生。Sk9esmc

与上一代量产的STAR1200E产品相比,STAR2000E具备更高的顺序读写、随机读写性能和更低读写延时参数,各项性能指标都有质的飞跃,比如其随机读写性能提升了318%。其主要面向通用的企业级市场,包括云存储、大数据和数据中心等应用。Sk9esmc

根据忆芯科技创始人/CEO沈飞的介绍,该公司所有产品均以天体来命名。根据产品规划路线,最早的STAR1000P叫“木卫2”,STAR2000命名为“天王星”,正在研发的下一代PCIe 5.0主控命名为“月球”;未来“存算一体”的智慧存储命名为“天狼星”,存算传一体的数据中心芯片命名为“猎户座”。Sk9esmc

该公司针对“存算一体”方面的布局,符合当前存储行业的发展趋势。在云端的AI计算中,“存储墙”是一个重要的性能瓶颈。存算一体化(PIM)将存储资源中嵌入计算能力,可减少数据频繁移动带来的延迟和能耗方面的开销,并且可有效解决“存储墙”问题。因此,忆芯在此背景下,开发存储与计算功能一体化的芯片不失为一种顺应潮流的选择。Sk9esmc

基于STAR2000的“存算一体”

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图3:高性能可计算SSD STAR2000D Sk9esmc

在基于STAR2000主控芯片研发的几组解决方案演示中,其中的“存算一体”对比方案是一组以图搜图的应用演示。据忆芯科技首席AI科学家孙唐介绍,传统的秒级百万级别的以图搜图的应用中,需要用到一台成本将近4,000美金的服务器,需要用到12核CPU及高达128TOPS算力的GPU。而现场演示的存算融合一体机仅需1/4的成本,就可达到同等性能的功能。未来通过STAR2000D内置的CPU、板载的内存、片上的8 TOPS算力NPU,以及SSD存储应用,可将服务器方案的成本在目前仅为1/4的基础上再缩小一半(即成本仅为传统存算分离服务器的八分之一)。在应用方面,STAR2000D适用于功耗、性能都有严苛要求的边缘计算市场。Sk9esmc

忆芯科技芯片首席架构师薛立成介绍说,“存算一体”SSD融合了存储和计算,它可有效减少用户API到盘上的访问路径。在芯片端利用算力来计算,将主机端的运算下沉到SSD盘上,通过一个通道把盘上的运算结果返还给主机,这样就能释放主机的计算压力。未来,整个AI市场的发展会越来越需要高性能的存算一体的SSD。 STAR2000主控中有8 TOPS NPU模块和可实现矩阵计算的加速模块,这些模块通过StarCompute架构,将计算和存储功能结合起来。例如,SSD在正常使用时会插在电脑上,客户运行算法程序将获得6.8GB每秒的数据吞吐性能,这是PCIe传输通道的极限,实际SSD的后端闪存带宽远超6.8GB,这里就存在性能损失。在既有的计算机架构中,把算法下沉到SSD里面,因为SSD有很强的计算能力,也可做硬件加速。以忆芯的STAR2000芯片为例,当算法下沉到8TB容量的这个主控存储模组中,后端闪存带宽可超过11GB每秒,如果是16TB容量的SSD,它能获得的带宽会更大。为了实现这一构想,在STAR2000E解决方案里,芯片固件采用了可对客户开放的StarCompute存算一体架构,在STAR2000芯片上同时提供计算CPU和存储CPU、神经网络NPU,以及各类硬件加速模块,通过片上操作系统直接提供给客户,后期的产品里还可开发出更多用于存储加速的硬件。Sk9esmc

“当客户采用存算一体方案时,部分应用业务可以运行在忆芯主控里面,一样能提供很高的性能,客户自研的算法应用程序可以运行在STAR2000的计算CPU上,我们也会开发一些程序接口套件,允许用户去调整硬件模式,还提供片内存储接口,通过这个接口,计算程序可获11GB每秒,或者更高的芯片内部数据带宽。对于数据密集型业务而言,可以获得非常大的提升。”忆芯科技软件首席架构师程雪介绍说。Sk9esmc

观察全球半导体行业,可以看到一种现象:产业链上下游企业会形成一个个生态圈。对存储行业而言,主控在生态圈内占有相当重要的地位。尤其是在存储产业国产化趋势浓厚的现在,围绕在各主控产商周边已经开始形成小圈子。Sk9esmc

构建新的存储生态圈 如今,中国上、下游企业在助力企业级存储国产化迈向新阶段。作为SSD的三大件之一,主控芯片的重要作用不言而喻。放眼全球存储市场,美国企业是SSD主控行业的先驱,但后续其地位受到中国台湾公司的挑战。同时,中国大陆市场也崛起了数家SSD主控厂,这些主控厂正在打造自己的生态圈。Sk9esmc

简单梳理企业级SSD产业链,参与者主要是来自海外及中国的企业,包括了韩国的三星、SK海力士等,美国的Microchip、镁光、美满电子等,中国台湾的群联电子等,中国大陆的华为、得瑞、忆芯科技、忆恒创源等。其中,华为专注于PCIe和SAS企业级SSD,得瑞专注于PCIe企业级除闪存、内存之外的其他产业链,忆芯可提供企业级固件和主控设计,忆恒创源专注企业级SSD模组,英韧科技可提供高端消费级主控设计。Sk9esmc

忆芯科技STAR2000的目标用户主要是B端的国内企业用户的行业数据中心,这些领域的机构出于对自己的数据安全的考量,有较强的替换国产存储产品的需求。目前,安谋科技、百度云、聆思科技、神州数码、长江存储、合肥长鑫等企业均是忆芯科技的合作伙伴。自2016年开始,忆芯科技就与长江存储、合肥长鑫开始适配与合作,相信随着更多合作伙伴的加入,将能给中国信创领域注入新鲜血液。Sk9esmc

神州数码副总裁、神州信创集团总裁韩智敏透露说,自2020年首次接触忆芯科技,现在双方携手在8大行业的20个重点项目中,共同向客户提供解决方案和服务。到目前为止,神州与忆芯在党政系统、运营商系统、金融系统已展开了全面合作。Sk9esmc

百度杰出架构师王雁鹏表示,百度和忆芯科技在百度云上建立了统一的云原生IO引擎,打通各种存储资源,包括本地盘、远程盘、启动盘,把后端资源给前端提供统一的接口,在前端会提供统一的NVMe接口,在统一的IO引擎基础下,能发挥云原生更好的效能,更好满足云的需求场景。Sk9esmc

科大讯飞联合创始人、聆思科技董事长胡郁指出,如果要做To B的业务,有两个业务非常值得做,一个是SaaS化云服务,一个是芯片算法一体化。“忆芯科技、聆思科技,安谋中国、神州数码、百度等企业其实都是这种体现。在To B的部分,我认为它是一个国家,或者一个生态最重要的基础设施,很多人把这种基础设施叫做数字化进程。”Sk9esmc

由此可见,围绕存储相关的新的生态圈正在建立,相信随着各方合作的进一步加深,中国市场上将有更多的方案可大家供选择。Sk9esmc

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图4:忆芯科技展台Sk9esmc

PCIe 4.0 SSD发展前景大

据IDC针对中国企业级SSD市场份额的研报统计,2021年市场规模增长16.2%,达到32.8亿美元(约合人民币225.3亿),约占全球市场的16.9%。此外,该机构还预测,到2025年,全球SSD市场规模将达到255.1亿美元,中国企业级SSD市场规模将增至489亿元人民币,5年间的复合增速约25%,其中PCIe SSD市场份额比例将从2020年的59%增至90%。Sk9esmc

近年来,中国大陆存储厂商积极发力PCIe 3.0、PCIe 4.0,以及PCIe 5.0企业级SSD。TrendForce数据显示,我国企业级SSD的出货量在2019年还不到400万片,预计到2025年将超过1,300万片,其中的年增长率将超过18%。其中,英特尔和三星依托技术生态、供应链整合等能力要素处于主导地位,市场占比合计接近70%。同时,本土厂商实力正在快速提升,这将有望改变当下的市场格局。Sk9esmc

薛立成指出,一款成功的产品要有准确的市场定位。未来三到五年,企业级存储市场会以PCIe 4.0 SSD为主。未来4年,PCIe 4.0的占比超过了70%,国内外的PCIe 4.0 CPU生态系统都具备完全的成熟度,可以说PCIe 4.0的SSD也是不折不扣的刚需产品。另外,随着NVMe 2.0的推出,更多用户希望未来的SSD能支持,包括分区命名空间、Endurance Group管理等新特性,前者可有效地减少客户对磁盘的写入数量,后者可为多用户、多应用提供与之匹配的性能。因此,既支持PCIe 4.0接口又支持NVMe 2.0协议的STAR2000,将能在企业级SSD市场上赢得认可。Sk9esmc

值得注意的是,STAR2000主控芯片中所有核心的IP都是自主研发和设计。忆芯科技坚信,自主研发可带来很好的竞争力,通过自主研发的方式,可让产品具有持续迭代、持续升级的基因,能为未来的主控提供更好的支持,还能为产品带来更多的多样性和差异性。Sk9esmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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