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前言
PCIe作为高性能数据传输的核心接口,目前已经历了多个代际的更新迭代。PCIe 5.0 于2019年由 PCI-SIG 推出,作为第四代 PCIe 标准的继任者,与 PCIe 4.0 相比,PCIe 5.0 的传输速度翻倍,性能的跃升也为下一代存储设备,尤其是 SSD 提供了更为广阔的发展空间。充电头网也已将PCIe不同版本参数规格汇总成下表所示,给大家带来更加直观的参考。
PCIe 5.0 的高速带宽也对其核心组件 — 主控芯片提出了更高要求。主控芯片作为 SSD 的“大脑”,负责对存储单元的管理、数据调度和错误校正等功能,决定着 SSD 的整体性能表现。该芯片不仅需要支持 PCIe 5.0 的高带宽,还要具备高速 NAND 闪存管理和低延迟的数据处理能力,以实现存储系统的性能优化。
PCIe 5.0 SSD主控芯片盘点
PCIe 5.0 标准的逐步普及,多个存储芯片供应商也开始推出支持这一标准的 SSD 主控芯片。充电头网汇总了当前市场上主要的 PCIe 5.0 SSD 主控芯片,并分析其性能特点汇总成下表所示。
排名不分先后,按企业英文首字母排序。
Phison群联
群联PS5026-E26
PHISON群联的PS5026-E26支持 PCIe 5.0 x4 通道和 NVMe 2.0 标准,采用台积电 12nm 工艺,内部集成 2 个 ARM Cortex-R5 核心及 3 个专用 IP 核心。读取速度可达 12GB/s,写入速度 11GB/s,4K 随机读取 150 万 IOPS,4K 随机写入 200 万 IOPS。
群联PS5026-E26 Max14um
PS5026-E26 Max14um是群联在 CES 2024 上发布的新品,是 PS5026-E26 的升级款,顺序读取速度由原来的12GB/s来到14GB/s。顺序写入速度由原来的11GB/s来到了12GB/s。4K随机读取和写入也达到了1,500K IOPS和2,000K IOPS。缓存支持方面可支持DDR4和LPDDR4缓存,还支持AES256、SHA512等多种数据加密。
群联PS5031-E31T
PS5031-E31T作为群联发布的最新低功耗PCIe 5.0主控,官方宣称其旨在为笔记本电脑和移动端设备带来PCIe 5.0的体验,因为采用了台积电的7nm制程制造。其功耗和发热也得到了良好的控制,可也随之带来了些许负面影响,其各项速度均弱于E26。最高读写速度为10800MB/s,4K随机读写为1500K IOPS,最大可支持容量为8TB。适合作为笔记本电脑或移动端设备硬盘主控使用。
平头哥
镇岳510 NVMe主控芯片
镇岳510是一颗高性能企业级SSD主控芯片,IO处理能力达到3400K IOPS,数据带宽达到14GByte/s,能效比达到420K IOPS/Watt。
镇岳510采用平头哥自研芯片与固件架构,通过良好的软硬件协同设计在实现性能突破的同时达到最佳能效。镇岳510芯片采用平头哥自研的低密度奇偶校验数据纠错算法,编码效率逼近香农极限,纠错性能也大幅提升,数据误码率低至10^-18。同时,镇岳510采用了软硬件一体的介质应用算法,能够准确预测介质的电平漂移,大幅改善长尾时延,给应用以高度一致性的性能体验。
Marvell
Marvell Bravera SC5控制器系列
Marvell 推出的全球首款 PCIe 5.0 SSD 主控芯片,传输速度最高可达 14GB/s,随机性能高达 200 万 IOPS。支持 NVMe 1.4b 协议,具有 FIPS 安全认证、AES 256-bit 加密等功能,还搭载硬件级别的 “Elastic SLA Enforcer” 功能,可以大幅减少 CPU 占用率,改善用户体验。该主控支持第 5 代 NAND ECC 纠错技术,支持 3D QLC、TLC、SLC 等 NAND 闪存,有助于延长闪存颗粒使用寿命,并具有节能特性。
MMY华存电子
华存HC9001
HC9001主控芯片是国内首款自研12纳米工艺PCIe Gen5存储控制芯片,独创硬固件融合XSDirectA(eXcellent-Scheduling & Direct-Arrival)架构、自研第二代4K-LPDC(Low-Density Parity-Check)纠错算法架构、以及创新iPower架构。速度从PCIe4.0的16Gb/s提升到了PCIe5.0的32Gb/s,带宽可达128GB/s,并具有向下兼容性。同时加入国密算法与AI调适功能,层层加固,提升数据安全存储能力,实现了核心关键技术自主可控。
Microchip微芯科技
微芯 Flashtec NVMe 4016 PM8667
Microchip推出业内最强的企业级PCIe 5.0 SSD主控,型号为“Flashtec NVMe 4016 PM8667”,该主控支持多达16个可编程的NAND闪存通道,接口速率最高可达2400MT/s,而且还可完整支持PCIe 5.0 x4、NVMe 2.0标准规范,并可搭配多种TLC、QLC闪存芯片。在性能方面,这款主控的标称吞吐量超过14GB/s,随机性能超过300万IOPS。而且,其还支持ACM、PCIe链接加密、高级虚拟化、可编程机器学习,ZNS,OCP等,可以满足数据中心的需求。
SAMSUNG三星
三星自研 5nm 主控
可实现最大 14.5GB/s 的顺序读取速率和 13GB/s 的顺序写入速率。
Silicon Motion慧荣科技
慧荣SM2508
慧荣科技的旗舰级 PCIe 5.0 SSD 主控芯片,采用台积电6nm工艺,支持 NVMe 2.0,内建 8 个最高支持 3600MT/s 速率闪存通道,顺序读写最高可达 14.5GB/s 和 14GB/s,随机读写速度可达 250 万 IOPS。该芯片采用 4 个 ARM Cortex R8 处理器与 1 个 ARM Cortex M0 处理器的搭配,能实现更高的并行度、更低的功耗和更高的频率,兼顾性能与功耗的均衡。
STARBLAZE忆芯科技
忆芯STAR1500
STAR1500是忆芯全新一代高端消费级PCIe5.0 SSD主控芯片,采用8核64位RISC-V多核处理器架构,支持PCIe Gen5接口和NVMe2.0协议,采用8nm制程,顺序读性能高达14.4GB/s。STAR1500为8路闪存通道,目标为数据中心级和高端消费级市场。STAR1500支持EP/RC功能、采用ONFI5.1闪存协议接口与DDR5内存协议接口,最大支持容量达到了64TB;安全功能上增加了防侧信道攻击功能,进一步提升了安全防护等级。
忆芯STAR1516
STAR1516是忆芯科技自主研发的全新一代高端企业级PCIe5.0 SSD主控芯片。自研企业级SSD架构,硬件加速器提升地址映射、数据搬移和数据计算效率;支持第五代StarNVMe®架构,提供极致延迟性能;支持第五代StarSecurity安全算法,支持硬件实时数据加解密,支持侧信道攻击防护;支持第五代StarLDPC®架构,提供更强纠错能力。STAR1516为16路闪存通道,目标为高性能企业级市场。
YingRen英韧科技
英韧YRS900
YRS900是英韧科技首款量产的PCIe 5.0企业级国产主控,采用开源的RISC-V架构,支持PCIe 5.0接口,顺序读取速度达14GB/s,顺序写入速度达12GB/s,并支持包括FDP (Flexible Data Placement)、SR-IOV硬件虚拟化技术、CMB等特性在内的多种特性,匹配更多客制化需求。
英韧YRS820
YRS820面向包括AI PC在内的高端消费级市场,高性能设计,顺序读取14GB/s,顺序写入12GB/s,内置英韧独有的AI智能数据加速设计,可搭配3D TLC/QLC,支持容量最高可达8TB。
英韧IG5669
IG5669主要针对数据中心级应用,采用 4 通道 PCIe 5.0 接口,具有 16/18 个 NAND 通道。顺序读写速度可分别达到 14GB/s 及 11GB/s,4K 随机读取速度为 3M IOPS,支持多种闪存类型以及多种企业级特性,适用于企业级应用、高端数据中心及人工智能等领域。
YEESTOR得一微
得一微YS9501
得一微业界性能领先的PCIe Gen5 NVMe企业级SSD 控制器,可满足各种云计算和企业级环境对高可靠性、高性能SSD 的应用需求。支持PCIe Gen5×4、16通道、ONFI 5.0 NAND、DDR5/DDR4,以及4K码长的LDPC引擎。此外,该控制器还支持透明压缩、加解密,支持标准SSD、OC SSD、ZNS SSD形态。YS9501具有高性能、低延迟,和稳定的服务质量(QoS)表现,全面满足企业级/数据中心对SSD的需求。
顺序读速度为14.5 GB/s,顺序写速度为12 GB/s,随机读速度为3,000,000 IOPS,随机写速度为3,000,000 IOPS。
充电头网总结
PCIe 5.0 是 SSD 实现更高读写性能的重要基础,而 PCIe 5.0 SSD 主控芯片则是决定这一接口在存储设备上性能表现的核心组件。两者相辅相成,共同推动 SSD 性能的提升。从本文的汇总来看,市场上主流的 PCIe 5.0 SSD 主控芯片已经逐步走向成熟,各大芯片厂商都致力于推出具备先进架构和 NAND 管理技术的主控芯片。
这些产品不仅可以应对数据中心和高性能计算领域的严苛需求,也能够推动消费级存储设备向更高性能发展。同时,主控芯片的设计还围绕着功耗优化、散热控制、数据保护等方面展开,使得 PCIe 5.0 SSD 在高负载、持续运行的场景中依然保持稳定。
SSD主控芯片盘点:亚洲新势力崛起
在SSD固态存储领域,主控芯片的重要性不言而喻,地位就相当于整台电脑的CPU中央处理器,而在SSD主控领域,竞争也是相当激烈,不同厂商你来我往,经过多年演变市场态势已经发生了极大的变化。
近几年来,随着全球半导体市场版块的移动,亚洲已成为芯片行业的主流市场,再加上半导体产业生态链的完善,在SSD主控厂商的产业变化中,新生代的台系、大陆系等亚洲厂商光茫渐露,甚至已逐步掩盖过去处于霸主地位的美系厂商。
美系主控品牌
半导体行业率先发展于美国,第一波崛起的SSD主控厂商自然来自美国居多,我们熟悉的Marvell美满电子、慧荣科技都是美系主控的代表,还有曾经大红大紫、最终落入希捷手中的SandForce。
Marvell 1995年在美国加州圣塔克拉拉成立,在IC上的布局包括存储、网络和无线连接等,半导体解决方案主要应用于企业、云、汽车、工业和消费类市场。
Marvell目前在网络和无线连接芯片方面的成就高于存储芯片,采纳其SSD主控的产品并不是很多,主要有浦科特等。
慧荣科技(Silicon Motion) 1995年成立于美国加州硅谷。除了提供闪存主控芯片,还有SSD、eMMC等嵌入式储存产品,应用领域包括智能型手机、平板计算机、个人计算机和工业等。
慧荣科技的控制芯片品牌是“SMI”,企业级SSD品牌为“Shannon Systems”,移动通讯产品则是“FCI”品牌。
美系主控以往长期占据着高端的市场,但随着SSD市场竞争的激烈,加上近几年来台系企业的强烈冲击,一些美系主控品牌终究难逃衰落或者被收购的命运。
如今的美系主控品牌中,除了自家使用的Intel主控外,几乎只剩下Marvell和慧荣科技在支撑。
由于美国半导体产业的人力成本大幅上升,加上近几年来科技产品的主要消费市场正快速向经济崛起的亚洲、甚至有劳动力成本优势的新兴国家移动,科技产品不再是高收入人群才能消费的奢侈品。
那些背负着高成本却追求高毛利率的美系厂商,很难以摆脱长年既定的芯片销售模式,加上对下游厂商服务链的不完善,造成了他们越来越不能满足新的市场需求。
如不改进,最终将会导致采用其主控的SSD厂商去寻找其他替代方案,而台系、甚至陆系的SSD主控厂商依靠研发、服务弹性高优势,逐渐有了崭露光茫的机会。
台系主控品牌
美系主控品牌的衰落为台系主控品牌提供了良好的发展契机,同时,依靠台湾本土发达的半导体产业,台系主控品牌逐渐后来居上并大有超越的势头。
目前风头最劲的就是群联电子(Phision) 。
群联电子从全球首颗单芯片USB优盘控制芯片起家,长期专注于闪存存储主控芯片研发,涵盖了USB、SD存储卡、eMMC、UFS、PATA、SATA、PCI-E规格的SSD主控芯片,并为存储系统和OEM/ODM等品牌客户提供存储解决方案,终端应用遍及消费性市场、工业制造及企业数据中心、嵌入式存储等。
由于高度重视存储加密技术,群联电子在国际技术标准上取得了ONFI创始会员资格,同时也是SD协会、UFS协会的董事。
除了群联电子,点序科技也是台系不可忽视的一支中坚力量 ,其产品以闪存控制芯片为主,应用包含了SD/microSD、USB、eMMC、SSD控制芯片等,并依靠耗损平均(Wear-Leveling)算法、错误检查纠正(ECC)、坏区管理(Bad Block Management)等技术,让客户的产品获得稳定的效能提升。
台系主控目前是SSD市场上的主流,并在中国大陆协同伙伴赢得庞大的消费群体,市场份额不断上升。
大陆系主控品牌
随着中国5G、物联网的成形与发展,高速传输、大容量闪存的需求日益旺盛,加上中国近几年来对半导体的大力支持,国内的SSD主控品牌逐渐崭露头角。
比如杭州华澜微电子(Sage Microelectronics Corp) ,提供存储卡、U盘、移动硬盘、固态硬盘、硬盘阵列以及大数据存储系统控制器芯片和解决方案,并实现了上述产品的芯片级信息安全防护。
公司于2015年并购了美国initio(晶量)公司的桥接芯片产品线,形成了initio Bridge芯片系列,产品已经广泛应用于工业控制、个人消费、航空航天、测量装备等领域。
深圳市得一微电子(YEESTOR Microelectronics Co.,Ltd) ,专注于存储控制芯片领域,为客户提供优质的存储控制芯片以及专业化的技术支持和服务。
其产品主要是SSD、eMMC、USB、SD等主控芯片以及安全存储控制器,广泛应用于移动存储、便携式存储和安全存储领域。
目前,国内的主控品牌不少于10家,在数量上已经超越美系、台系的品牌,不过与国际知名的主控品牌相比,国产品牌还需要一定的时间来打磨与检验。
在SSD主控领域,依靠台系主控品牌的日益主流和大陆系主控品牌的逐渐崛起,国内群雄逐鹿的氛围已经形成,意味着中国SSD厂商在SSD主控方面可以有更多的选择方案。对用户而言,这也能充分保障自己的利益。
是否还记得曾经大红大紫的SandForce
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