隨著數(shù)據(jù)的地位在各行各業(yè)日益突出，對(duì)任何一家組織而言，數(shù)據(jù)泄露和數(shù)據(jù)篡改都是嚴(yán)重的安全泄密事件，它會(huì)極大危害組織的信息安全。存儲(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)安全的重要性毋庸置疑，而當(dāng)前存儲(chǔ)行業(yè)存在著一個(gè)公開的秘密，隨著各國關(guān)系更加走向不明朗，企業(yè)更傾向于本土化的存儲(chǔ)供應(yīng)鏈。eWFesmc

實(shí)際上，在中國大陸，一些本地的存儲(chǔ)企業(yè)早在幾年前就開始推動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化。近年來，伴隨中美關(guān)系日趨不明朗，長江存儲(chǔ)、合肥長鑫、福建晉華等企業(yè)加快了擴(kuò)建速度，以助力國產(chǎn)存儲(chǔ)芯片的研發(fā)與量產(chǎn)。經(jīng)過了幾年的技術(shù)積累，國產(chǎn)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)發(fā)布了自己的新品。eWFesmc

主控作為存儲(chǔ)行業(yè)的重要一環(huán)，其技術(shù)進(jìn)步也對(duì)整個(gè)行業(yè)起到很大的推動(dòng)作用。截至目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有一批國產(chǎn)主控廠有了新突破，其中就包括了憶芯科技。這是一家2015年成立的Fabless企業(yè)，先后完成了多顆消費(fèi)級(jí)/企業(yè)級(jí)PCIe SSD主控芯片流片，并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)。目前，該公司正逐漸完善自己的SSD生態(tài)圈。eWFesmc

新的企業(yè)級(jí)SSD主控芯片及SSD

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圖1：憶芯科技高性能企業(yè)級(jí)SSD主控芯片STAR2000eWFesmc

2023年3月初，憶芯科技面向全球發(fā)布了其PCIe 4.0高端企業(yè)級(jí)SSD主控芯片STAR2000、STAR2008、STAR2010，以及SSD盤STAR2000E系列。STAR2000是該公司第二代企業(yè)級(jí)主控芯片產(chǎn)品，將為其企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)品線打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。eWFesmc

STAR2000采用了12nm工藝制程，支持PCle 4.0，有16個(gè)閃存通道，支持128TB容量，工作功耗<8W。該主控芯片采用了Arm® Cortex-A55處理器、支持NVMe 2.0協(xié)議、集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元和硬件卷積加速單元。eWFesmc

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圖2：憶芯科技高性能企業(yè)級(jí)SSD STAR2000EeWFesmc

STAR2000E是基于STAR2000主控的PCIe4.0高性能企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)品。該款SSD產(chǎn)品支持雙端口，具有業(yè)界領(lǐng)先的各類讀寫性能，支持NVMe 2.0、數(shù)據(jù)加密、TCG和各種安全協(xié)議?；赟TAR2000主控提供的全硬件化固件簽名驗(yàn)簽技術(shù)，STAR2000E可以在SSD上電時(shí)對(duì)固件進(jìn)行正確性驗(yàn)證，可以防止數(shù)據(jù)泄露、數(shù)據(jù)篡改事件的發(fā)生。eWFesmc

與上一代量產(chǎn)的STAR1200E產(chǎn)品相比，STAR2000E具備更高的順序讀寫、隨機(jī)讀寫性能和更低讀寫延時(shí)參數(shù)，各項(xiàng)性能指標(biāo)都有質(zhì)的飛躍，比如其隨機(jī)讀寫性能提升了318%。其主要面向通用的企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，包括云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用。eWFesmc

根據(jù)憶芯科技創(chuàng)始人/CEO沈飛的介紹，該公司所有產(chǎn)品均以天體來命名。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃路線，最早的STAR1000P叫“木衛(wèi)2”，STAR2000命名為“天王星”，正在研發(fā)的下一代PCIe 5.0主控命名為“月球”；未來“存算一體”的智慧存儲(chǔ)命名為“天狼星”，存算傳一體的數(shù)據(jù)中心芯片命名為“獵戶座”。eWFesmc

該公司針對(duì)“存算一體”方面的布局，符合當(dāng)前存儲(chǔ)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在云端的AI計(jì)算中，“存儲(chǔ)墻”是一個(gè)重要的性能瓶頸。存算一體化(PIM)將存儲(chǔ)資源中嵌入計(jì)算能力，可減少數(shù)據(jù)頻繁移動(dòng)帶來的延遲和能耗方面的開銷，并且可有效解決“存儲(chǔ)墻”問題。因此，憶芯在此背景下，開發(fā)存儲(chǔ)與計(jì)算功能一體化的芯片不失為一種順應(yīng)潮流的選擇。eWFesmc

基于STAR2000的“存算一體”

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圖3：高性能可計(jì)算SSD STAR2000D eWFesmc

在基于STAR2000主控芯片研發(fā)的幾組解決方案演示中，其中的“存算一體”對(duì)比方案是一組以圖搜圖的應(yīng)用演示。據(jù)憶芯科技首席AI科學(xué)家孫唐介紹，傳統(tǒng)的秒級(jí)百萬級(jí)別的以圖搜圖的應(yīng)用中，需要用到一臺(tái)成本將近4,000美金的服務(wù)器，需要用到12核CPU及高達(dá)128TOPS算力的GPU。而現(xiàn)場(chǎng)演示的存算融合一體機(jī)僅需1/4的成本，就可達(dá)到同等性能的功能。未來通過STAR2000D內(nèi)置的CPU、板載的內(nèi)存、片上的8 TOPS算力NPU，以及SSD存儲(chǔ)應(yīng)用，可將服務(wù)器方案的成本在目前僅為1/4的基礎(chǔ)上再縮小一半(即成本僅為傳統(tǒng)存算分離服務(wù)器的八分之一)。在應(yīng)用方面，STAR2000D適用于功耗、性能都有嚴(yán)苛要求的邊緣計(jì)算市場(chǎng)。eWFesmc

憶芯科技芯片首席架構(gòu)師薛立成介紹說，“存算一體”SSD融合了存儲(chǔ)和計(jì)算，它可有效減少用戶API到盤上的訪問路徑。在芯片端利用算力來計(jì)算，將主機(jī)端的運(yùn)算下沉到SSD盤上，通過一個(gè)通道把盤上的運(yùn)算結(jié)果返還給主機(jī)，這樣就能釋放主機(jī)的計(jì)算壓力。未來，整個(gè)AI市場(chǎng)的發(fā)展會(huì)越來越需要高性能的存算一體的SSD。 STAR2000主控中有8 TOPS NPU模塊和可實(shí)現(xiàn)矩陣計(jì)算的加速模塊，這些模塊通過StarCompute架構(gòu)，將計(jì)算和存儲(chǔ)功能結(jié)合起來。例如，SSD在正常使用時(shí)會(huì)插在電腦上，客戶運(yùn)行算法程序?qū)@得6.8GB每秒的數(shù)據(jù)吞吐性能，這是PCIe傳輸通道的極限，實(shí)際SSD的后端閃存帶寬遠(yuǎn)超6.8GB，這里就存在性能損失。在既有的計(jì)算機(jī)架構(gòu)中，把算法下沉到SSD里面，因?yàn)镾SD有很強(qiáng)的計(jì)算能力，也可做硬件加速。以憶芯的STAR2000芯片為例，當(dāng)算法下沉到8TB容量的這個(gè)主控存儲(chǔ)模組中，后端閃存帶寬可超過11GB每秒，如果是16TB容量的SSD，它能獲得的帶寬會(huì)更大。為了實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想，在STAR2000E解決方案里，芯片固件采用了可對(duì)客戶開放的StarCompute存算一體架構(gòu)，在STAR2000芯片上同時(shí)提供計(jì)算CPU和存儲(chǔ)CPU、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NPU，以及各類硬件加速模塊，通過片上操作系統(tǒng)直接提供給客戶，后期的產(chǎn)品里還可開發(fā)出更多用于存儲(chǔ)加速的硬件。eWFesmc

“當(dāng)客戶采用存算一體方案時(shí)，部分應(yīng)用業(yè)務(wù)可以運(yùn)行在憶芯主控里面，一樣能提供很高的性能，客戶自研的算法應(yīng)用程序可以運(yùn)行在STAR2000的計(jì)算CPU上，我們也會(huì)開發(fā)一些程序接口套件，允許用戶去調(diào)整硬件模式，還提供片內(nèi)存儲(chǔ)接口，通過這個(gè)接口，計(jì)算程序可獲11GB每秒，或者更高的芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)帶寬。對(duì)于數(shù)據(jù)密集型業(yè)務(wù)而言，可以獲得非常大的提升。”憶芯科技軟件首席架構(gòu)師程雪介紹說。eWFesmc

觀察全球半導(dǎo)體行業(yè)，可以看到一種現(xiàn)象：產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)會(huì)形成一個(gè)個(gè)生態(tài)圈。對(duì)存儲(chǔ)行業(yè)而言，主控在生態(tài)圈內(nèi)占有相當(dāng)重要的地位。尤其是在存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化趨勢(shì)濃厚的現(xiàn)在，圍繞在各主控產(chǎn)商周邊已經(jīng)開始形成小圈子。eWFesmc

構(gòu)建新的存儲(chǔ)生態(tài)圈 如今，中國上、下游企業(yè)在助力企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)國產(chǎn)化邁向新階段。作為SSD的三大件之一，主控芯片的重要作用不言而喻。放眼全球存儲(chǔ)市場(chǎng)，美國企業(yè)是SSD主控行業(yè)的先驅(qū)，但后續(xù)其地位受到中國臺(tái)灣公司的挑戰(zhàn)。同時(shí)，中國大陸市場(chǎng)也崛起了數(shù)家SSD主控廠，這些主控廠正在打造自己的生態(tài)圈。eWFesmc

簡單梳理企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)業(yè)鏈，參與者主要是來自海外及中國的企業(yè)，包括了韓國的三星、SK海力士等，美國的Microchip、鎂光、美滿電子等，中國臺(tái)灣的群聯(lián)電子等，中國大陸的華為、得瑞、憶芯科技、憶恒創(chuàng)源等。其中，華為專注于PCIe和SAS企業(yè)級(jí)SSD，得瑞專注于PCIe企業(yè)級(jí)除閃存、內(nèi)存之外的其他產(chǎn)業(yè)鏈，憶芯可提供企業(yè)級(jí)固件和主控設(shè)計(jì)，憶恒創(chuàng)源專注企業(yè)級(jí)SSD模組，英韌科技可提供高端消費(fèi)級(jí)主控設(shè)計(jì)。eWFesmc

憶芯科技STAR2000的目標(biāo)用戶主要是B端的國內(nèi)企業(yè)用戶的行業(yè)數(shù)據(jù)中心，這些領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)出于對(duì)自己的數(shù)據(jù)安全的考量，有較強(qiáng)的替換國產(chǎn)存儲(chǔ)產(chǎn)品的需求。目前，安謀科技、百度云、聆思科技、神州數(shù)碼、長江存儲(chǔ)、合肥長鑫等企業(yè)均是憶芯科技的合作伙伴。自2016年開始，憶芯科技就與長江存儲(chǔ)、合肥長鑫開始適配與合作，相信隨著更多合作伙伴的加入，將能給中國信創(chuàng)領(lǐng)域注入新鮮血液。eWFesmc

神州數(shù)碼副總裁、神州信創(chuàng)集團(tuán)總裁韓智敏透露說，自2020年首次接觸憶芯科技，現(xiàn)在雙方攜手在8大行業(yè)的20個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目中，共同向客戶提供解決方案和服務(wù)。到目前為止，神州與憶芯在黨政系統(tǒng)、運(yùn)營商系統(tǒng)、金融系統(tǒng)已展開了全面合作。eWFesmc

百度杰出架構(gòu)師王雁鵬表示，百度和憶芯科技在百度云上建立了統(tǒng)一的云原生IO引擎，打通各種存儲(chǔ)資源，包括本地盤、遠(yuǎn)程盤、啟動(dòng)盤，把后端資源給前端提供統(tǒng)一的接口，在前端會(huì)提供統(tǒng)一的NVMe接口，在統(tǒng)一的IO引擎基礎(chǔ)下，能發(fā)揮云原生更好的效能，更好滿足云的需求場(chǎng)景。eWFesmc

科大訊飛聯(lián)合創(chuàng)始人、聆思科技董事長胡郁指出，如果要做To B的業(yè)務(wù)，有兩個(gè)業(yè)務(wù)非常值得做，一個(gè)是SaaS化云服務(wù)，一個(gè)是芯片算法一體化。“憶芯科技、聆思科技，安謀中國、神州數(shù)碼、百度等企業(yè)其實(shí)都是這種體現(xiàn)。在To B的部分，我認(rèn)為它是一個(gè)國家，或者一個(gè)生態(tài)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，很多人把這種基礎(chǔ)設(shè)施叫做數(shù)字化進(jìn)程。”eWFesmc

由此可見，圍繞存儲(chǔ)相關(guān)的新的生態(tài)圈正在建立，相信隨著各方合作的進(jìn)一步加深，中國市場(chǎng)上將有更多的方案可大家供選擇。eWFesmc

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圖4：憶芯科技展臺(tái)eWFesmc

PCIe 4.0 SSD發(fā)展前景大

據(jù)IDC針對(duì)中國企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)份額的研報(bào)統(tǒng)計(jì)，2021年市場(chǎng)規(guī)模增長16.2%，達(dá)到32.8億美元(約合人民幣225.3億)，約占全球市場(chǎng)的16.9%。此外，該機(jī)構(gòu)還預(yù)測(cè)，到2025年，全球SSD市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到255.1億美元，中國企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)規(guī)模將增至489億元人民幣，5年間的復(fù)合增速約25%，其中PCIe SSD市場(chǎng)份額比例將從2020年的59%增至90%。eWFesmc

近年來，中國大陸存儲(chǔ)廠商積極發(fā)力PCIe 3.0、PCIe 4.0，以及PCIe 5.0企業(yè)級(jí)SSD。TrendForce數(shù)據(jù)顯示，我國企業(yè)級(jí)SSD的出貨量在2019年還不到400萬片，預(yù)計(jì)到2025年將超過1,300萬片，其中的年增長率將超過18%。其中，英特爾和三星依托技術(shù)生態(tài)、供應(yīng)鏈整合等能力要素處于主導(dǎo)地位，市場(chǎng)占比合計(jì)接近70%。同時(shí)，本土廠商實(shí)力正在快速提升，這將有望改變當(dāng)下的市場(chǎng)格局。eWFesmc

薛立成指出，一款成功的產(chǎn)品要有準(zhǔn)確的市場(chǎng)定位。未來三到五年，企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)市場(chǎng)會(huì)以PCIe 4.0 SSD為主。未來4年，PCIe 4.0的占比超過了70%，國內(nèi)外的PCIe 4.0 CPU生態(tài)系統(tǒng)都具備完全的成熟度，可以說PCIe 4.0的SSD也是不折不扣的剛需產(chǎn)品。另外，隨著NVMe 2.0的推出，更多用戶希望未來的SSD能支持，包括分區(qū)命名空間、Endurance Group管理等新特性，前者可有效地減少客戶對(duì)磁盤的寫入數(shù)量，后者可為多用戶、多應(yīng)用提供與之匹配的性能。因此，既支持PCIe 4.0接口又支持NVMe 2.0協(xié)議的STAR2000，將能在企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)上贏得認(rèn)可。eWFesmc

值得注意的是，STAR2000主控芯片中所有核心的IP都是自主研發(fā)和設(shè)計(jì)。憶芯科技堅(jiān)信，自主研發(fā)可帶來很好的競爭力，通過自主研發(fā)的方式，可讓產(chǎn)品具有持續(xù)迭代、持續(xù)升級(jí)的基因，能為未來的主控提供更好的支持，還能為產(chǎn)品帶來更多的多樣性和差異性。eWFesmc