能否有一款歸一化的 SSD控制器設(shè)計(jì)同時(shí)滿足企業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)需求?

固態(tài)硬盤控制器，有時(shí)也被稱為SSD控制器或“主控”，在SSD中發(fā)揮核心作用。固態(tài)硬盤控制器一般是一顆ASIC芯片（市場(chǎng)上也能見到FPGA方案），對(duì)內(nèi)管理閃存，對(duì)外為主機(jī)提供訪問接口，并響應(yīng)和調(diào)度處理主機(jī)的IO請(qǐng)求（圖1）。國(guó)內(nèi)外各大廠商包括憶芯科技都有提供高性能的固態(tài)硬盤控制器。

SSD有企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)之分。企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)品更加注重隨機(jī)性能、延遲、IO QoS的保證以及穩(wěn)定性；而消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品則更加注重順序性能、功耗、價(jià)格等因素（圖2）。SSD控制器設(shè)計(jì)需要為企業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品分別優(yōu)化，這樣不僅引入了研發(fā)成本，也增大了下游多系列SSD產(chǎn)品開發(fā)的復(fù)雜度。

能否有一款歸一化的SSD控制器設(shè)計(jì)同時(shí)滿足企業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)需求？主要的問題在于能否在控制器硬件架構(gòu)上能否實(shí)現(xiàn)成本，功耗，和功能的統(tǒng)一。

首先看成本方面，企業(yè)級(jí)SSD對(duì)控制器成本較不敏感，歸一化SSD控制器需要著重滿足消費(fèi)級(jí)SSD的成本預(yù)算。采用通用硬件架構(gòu)并優(yōu)化硬件資源開銷來約束SSD控制器成本，并通過差異化固件來滿足企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的不同性能需求。

在性能方面，經(jīng)過市場(chǎng)沉淀，NVNe U.2形態(tài)與M.2形態(tài)的SSD逐漸成為主流，兩種形態(tài)的SSD產(chǎn)品性能需求也趨于一致。作為對(duì)AIC形態(tài)的取代，1U服務(wù)器普遍承載8塊或更多U.2形態(tài)SSD，使得U.2形態(tài)SSD單盤4K隨機(jī)性能在300-400K IOPS已能滿足大部分應(yīng)用需求。反觀消費(fèi)級(jí)SSD市場(chǎng)，高端游戲平臺(tái)NVMe M.2形態(tài)SSD理論性能性能已達(dá)3.5GB/s，這樣的性能指標(biāo)也同一些企業(yè)級(jí)SSD的順序IO性能趨近。一些互聯(lián)網(wǎng)廠商已在IDC數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用M.2形態(tài)的SSD。在數(shù)據(jù)中心，上層對(duì)數(shù)據(jù)流做了大量?jī)?yōu)化，數(shù)據(jù)以順序訪問方式寫入SSD，這也降低了對(duì)企業(yè)級(jí)SSD隨機(jī)性能的需求。

在壽命上，企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)SSD需求差別較大。但影響SSD壽面的主要因素在于NAND閃存的耐久能力。SSD控制器則確保加強(qiáng)對(duì)NAND閃存的糾錯(cuò)能力。因此，企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)SSD控制器在壽命這點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一致的。

在容量上，企業(yè)級(jí)SSD與消費(fèi)級(jí)SSD差異較大。對(duì)于SSD控制器需要以比較小的代價(jià)支持大容量NAND Flash，來同時(shí)覆蓋企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)SSD的需求。

可靠性方面，企業(yè)級(jí)SSD一般要求ECC與DIE-RAID兩層數(shù)據(jù)保護(hù)能力。而隨著3D閃存逐步普及，閃存廠商開始建議在消費(fèi)級(jí)SSD提供DIE-RAID能力。所以在可靠性方面，企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)SSD控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)也趨于一致了。

在功耗方面，消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品對(duì)功耗最為敏感，特別是像平板，筆電這種電池供電設(shè)備，對(duì)功耗有嚴(yán)格的限制。SSD控制器設(shè)計(jì)需要考慮復(fù)雜的低功耗設(shè)計(jì)，需要支持多種電源狀態(tài)，以及快速喚醒。企業(yè)級(jí)SSD對(duì)功耗相對(duì)不敏感。然而對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)中心，電力成本已占數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本近20%。隨著SSD的大規(guī)模部署，低功耗設(shè)計(jì)也成為企業(yè)級(jí)SSD控制器的追求目標(biāo)。

從上面幾點(diǎn)主要因素考慮不難看出，在企業(yè)級(jí)與消費(fèi)級(jí)SSD設(shè)計(jì)指標(biāo)趨于一致的趨勢(shì)下，硬件規(guī)格實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一是極有可能的。而SSD產(chǎn)品形態(tài)的差異化則由SSD控制器上的固件體現(xiàn)。憶芯科技的STAR1000芯片（圖3）設(shè)計(jì)中對(duì)此做了比較成功的嘗試。