PCle標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)、NAND技術(shù)迭代，企業(yè)級(jí)SSD如何突破設(shè)計(jì)難點(diǎn)

電子發(fā)燒友報(bào)道（文/莫婷婷）近年來，數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算等相關(guān)技術(shù)不斷演進(jìn)，機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、高性能渲染等新興應(yīng)用推動(dòng)SSD（固態(tài)硬盤）的發(fā)展。在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，SSD正面臨著新興應(yīng)用帶來的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

一是接口速度越來越快，從PCle Gen3，Gen4，Gen5，如今Gen6的標(biāo)準(zhǔn)也正式提出。二是NAND技術(shù)也從高堆疊層數(shù)一直推演到I/O 的速度不斷提升。三是NVMe標(biāo)準(zhǔn)也在不斷演進(jìn)。SSD不僅僅面臨設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)，慧榮科技市場(chǎng)營(yíng)銷暨研發(fā)資深副總裁段喜亭表示，制造商采取的技術(shù)也要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠懻?，其目的就是為了能夠找到性能與功耗之間平衡的解決方案。

在PCle標(biāo)準(zhǔn)方面，其演進(jìn)的趨勢(shì)最主要是體現(xiàn)在傳輸速率上，從Gen3的8GT/s，到Gen4中的16GT/s，翻倍到Gen5的32GT/s，Gen6更是翻倍到64GT/s，每一代基本是以乘2 的傳輸速率在演進(jìn)。這個(gè)速度所帶來的提升也造就了設(shè)計(jì)上的困難與挑戰(zhàn)。尤其是當(dāng)速度提升時(shí)，在主控一體架構(gòu)設(shè)計(jì)上就必須考量到CPU的資源分配、data path等方面，什么樣架構(gòu)上的演變或者改進(jìn)能夠?qū)?yīng)到速度更進(jìn)一步的提升，這樣才能讓PCle在演進(jìn)時(shí)將效能提升到應(yīng)有的水準(zhǔn)。

在PCle規(guī)格演進(jìn)時(shí)，還需要考慮到DDR接口加速以匹配PCle接口，尤其是在主控運(yùn)行時(shí)，要避免在設(shè)計(jì)上面的瓶頸。所以當(dāng)PCle傳輸速率變成雙倍、4倍甚至更大時(shí)，需要做出相應(yīng)的改變讓延遲降到最低，并且符合PCle每一代所要求的效能。

在NAND技術(shù)方面，慧榮科技不僅僅是在TLC、QLC上進(jìn)行研究，在PLC上的研究也在加速推進(jìn)。除了對(duì)應(yīng)堆疊層數(shù)的增加，段喜亭提到，NAND技術(shù)的迭代，讓SSD在設(shè)計(jì)過程中需要有更強(qiáng)大的LDPC糾錯(cuò)功能，以及先進(jìn)的NAND管理演算法。

在標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)方面，NVMe每一代標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)都加入了新的功能，給企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)帶來的設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)也越來越大。此外，基于PCIe Gen5，CXL協(xié)議作為新的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，在存儲(chǔ)市場(chǎng)掀起水花，成為企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)所關(guān)注的另一維度。目前，瀾起科技已經(jīng)發(fā)布了CXL內(nèi)存擴(kuò)展控制器，慧榮科技也表示將拓展CXL應(yīng)用到企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)中。

為了解決數(shù)據(jù)中心和企業(yè)存儲(chǔ)面臨的新的挑戰(zhàn)，慧榮科技在2022年7月推出第三代可定制化編程式PCIe Gen5 SSD解決方案平臺(tái)——MonTitan。根據(jù)介紹，該平臺(tái)具有更新更強(qiáng)大的SSD企業(yè)級(jí)主控芯片，提供了支持傳統(tǒng)的參考形式、最新EDSF參考設(shè)計(jì)套件，并且支持帶來了企業(yè)級(jí)固件。

其中，上述提到的SSD企業(yè)級(jí)主控芯片是慧榮科技的PCIe Gen5 x 4 SM8366，支持NVMe 2. 0，帶有16NAND通道，速度最快可以支持到 2400MT/s，支持DDR5，并向前兼容DDR4。在效能方面，順序讀/寫為14GB/s，隨機(jī)讀/寫為3/2.8M IOPS。

據(jù)了解，寶存科技已經(jīng)開始開發(fā)SM8366方案，預(yù)計(jì)將推出B58R U.2 8 TB解決方案，以及WDS E3.S 2t 16TB的解決方案，連續(xù)讀取能達(dá)到SM8366最大的效能14GB/s，隨機(jī)讀取性能能達(dá)到3M IOPS。
當(dāng)下，消費(fèi)級(jí)存儲(chǔ)市場(chǎng)面臨著多重挑戰(zhàn)，但企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)市場(chǎng)依舊保持增長(zhǎng)。IDC預(yù)測(cè)，到2025年我國(guó)的數(shù)據(jù)將達(dá)48.6ZB，存儲(chǔ)容量與數(shù)量等各方面都面臨著挑戰(zhàn)。隨著存儲(chǔ)廠商不斷突破技術(shù)瓶頸，預(yù)計(jì)企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)市場(chǎng)將得到新的增長(zhǎng)動(dòng)力。