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intel nand flash命名金士顿新款SSD意外“变芯”，扯出两大存储控制器巨头互撕恩怨

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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金士顿新款SSD意外“变芯”，扯出两大存储控制器巨头互撕恩怨

全球存储模组龙头金士顿（Kingston）在 CES 2019 年展出新一代的固态硬盘（SSD）新产品 A2000 和 KC2000 系列，意外透露内含的存储控制器“变芯”。金士顿即将问世的这两款 SSD 产品并未采取老搭档群联（Phison）的芯片，而是首度引进慧荣（SMI）的控制器，显示该龙头大厂的采购策略出现转弯。

（来源：金士顿官网）

在存储控制器江湖中，各大巨头都有自己的生态系统供应链和合作伙伴，金士顿在 NAND Flash 闪存芯片上，与日系存储大厂东芝（Toshiba）为长年的紧密合作伙伴，其次是 SK 海力士（SK Hynix）、英特尔（Intel）、美光（Micron）、西部数据等。

在 SSD 存储控制器方面，金士顿一直以来都与群联、Marvell 结盟，但在 CES 2019 上，金士顿展示的最新款 A2000 和 KC2000 系列，透露美系 SSD 存储控制器供应商慧荣首度打入金士顿的 SSD 供应链。

金士顿的 A2000 是采用慧荣四通道的 SM2263 控制芯片，KC2000 系列则是采用八通道的 SM2262EN 控制芯片，都是搭配美光 64 层的 3D TLC 闪存颗粒，两者皆以台积电 28nm 工艺打造，预计 2019 年上半年问世，有别于上一代群联 PS5008-E8 芯片搭配东芝 TLC 闪存芯片的组合。

在规格上，KC2000 系列产品的定位将略高于 A2000 系列，两者同样都是 M.2 介面规格，具有更高的性能和容量优势，其中 KC2000 系列最大可提供 2TB 存储容量。

另外，英特尔采用 3D XPoint 技术所生产的 SSD 产品命名为 Optane（美光则命名为 QuantX），在 CES 2019 上，英特尔已经预告 Optane Memory H10 产品线问世，该系列将定位在储存装置加速器的角色，特别的部分在于 H10 系列是新世代存储技术 3D XPoint 与 QLC（Quad-level-cell / 4-bit-per-cell）3D NAND 技术的结合，是目前市面上的新亮点组合。

2019 年初，就传来慧荣首度打入金士顿的 SSD 供应链消息，闯入一直以来属于群联所占据的地盘上。

（来源：金士顿官网）

这两家存储控制芯片巨擘多年来一直有明显的瑜亮情结，这次慧荣意外拿下金士顿的 PCIe SSD 大单，虽然事前态度极为低调，但在 CES 2019 上曝光后，已传出浓郁的烟硝味。

综观全球闪存相关控制芯片市场，除了三星电子（Samsung Electronics）、SK 海力士（SK Hynix）、东芝（Toshiba）等 NAND Flash 原厂，有自己的控制芯片搭配自己的 NAND Flash 出货外，独立的控制芯片供应商就属慧荣与群联，两者商业模式不同，但无论是技术实力、与原厂的政治关系、员工薪资福利等留才实力，都是势均力敌，因此两家多年来从 SD 卡、U 盘、SATA SSD 模组到 PCIe SSD 模组，一路较量至今，如今是各拥天地。

慧荣是亚洲首家赴美国挂牌的 IC 设计企业，一直耕耘于存储领域，目前与 SK 海力士、三星、美光、英特尔等 NAND Flash 存储大厂都有紧密的合作关系。

慧荣 2017 年 Nand Flash 存储控制器出货量超过 7 亿颗，包括 SD 卡、U 盘、SSD、eMMC、UFS 等存储产品，涵盖企业级、消费 Client 端等 SSD、手机领域、云端伺服器和资料中心。

群联的崛起，可以说是日系存储大厂东芝最成功的投资案，不但扮演东芝在控制芯片技术上的合作伙伴角色，更是东芝在 NAND Flash 上的主要出海口之一，如今，群联、金士顿、东芝三方已经形成合作紧密的策略联合伙伴。

事实上，近期国内的 SSD 控制芯片业者忆芯问世的 NVMe SSD 产品 STAR1000P，也引发各界对于 SSD 控制芯片产业的重视度。

因为国内在布局完 NAND Flash 技术后，下一步是要掌握 SSD 控制芯片技术，毕竟闪存和主控是存储元件的两大命脉，而忆芯的 STAR1000P 也计划在 4 月完成量产版本的芯片。

根据忆芯描述，STAR1000P 设计是采用新思 DesignWare ARC HS38 处理器多核结构，读取速度达到 3.6 GB/秒，写入速度达到 3.2GB/秒，比上一代主控 STAR1000 的读写速度最高提升 50 %，再者，其随机读写速度达到每秒 750K IOPS（读）/600K IOPS（写），比上一代高出 120%。

综合观察，在独立的闪存控制芯片领域，无论是技术、市场占有率上，仍是慧荣、群联的天下，这块市场的特色是，一颗芯片的成本可能仅占一台 SSD 成本 10 % 左右，但却掌握该系统最关键的性能和稳定度，看似是一个小小不起眼的元件，却有着相当高的技术门槛和障碍。

因此，这个市场一直是竞争者、挑战者层出不穷，但多数业者都陆续被洗牌出局，供应链的看法是，欢迎更多芯片业者加入，但技术能力和支援度要做到水准以上，需要不少的时间耕耘。

浅谈3D-NAND、QLC和SCM介质技术和新产品

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NAND Flash技术的发展完全沿着技术演进、商业价值和需求匹配的车辙在不断行驶。诸如SRAM，DRAM，EEPROM等 产品和技术。在每个存储器单元存储一位的二进制数据的NAND Flash 技术被称为单级单元(SLC)。但是由于SLC在容量和价格等原因，促使MLC、eMLC及TLC这三种闪存颗粒 迅速发展起来，关于Flash颗粒介绍请参考文章“闪存技术最全面解析”。

NAND Flash在应用普及和全面替换HDD遇到最直接的一个问题还是价格，从SLC、MLC到TLC一直才寻求价格的平衡点，尽管TLC能够解决SSD容量瓶颈，却还是不能完全解决SSD价格的难题。大容量SSD仍旧昂贵，小容量SSD+大容量便宜HDD的混合存储解决方案也层出不穷，但在体验上终究没有单纯大容量SSD来得好。目前来看，TLC还是相对来说在性能和价格方面平衡不错的方案，再说随着容量的增加、技术的改善，TLC闪存的擦写次数逐渐等到优化，也并没有想象中那么容易失效。

结合实际应用发现，SSD在处理数据写入时，每次都写到新的物理地址，从而使得所有的闪存物理空间被均匀使用。假设一块600GB的SSD，其闪存介质写次数为1万次，那么该SSD可以写入的数据总量达到6PB(600GB*10000)；在实际企业级环境中的硬盘，整个生命周期的写入数据总量远小于200TB，这意味着这块600GB的SSD使用10年以上。

技术永远无法脱离实际应用，TLC颗粒在3D-NAND Flash的产品应用非常广泛，先后出现了32，64，72，96层的基于TLC的3D NAND Flash产品 ，起初这些TLC产品只要应用在消费级产品，但目前很多存储厂商已经把TLC颗粒引入企业级存储产品。下面我们看看主流3D-NAND Flash厂商(三星、东芝、WD和SK Hynix 四大厂商)的新产品和动态。

东芝(Toshiba)携手SanDisk 研发出全球首款采用堆栈 96 层制程技术的TLC 3D NAND Flash 产品，且已完成产品试作。该款堆栈 96 层的 3D NAND试制品单颗芯片容量为 256Gb(32GB)，预计于 2017 年下半年送样、2018 年开始进行量产，主要用来抢攻数据中心用 SSD和PC桌面SSD等市场。

三星在 3D NAND Flash一直处于领先地位，在去年就发布64 层 3D NAND 。但前不久SK Hynix 推出第四代 72 层的 3D NAND 进入量产，主要用于行动设备，并已交货给客户。韩国对3D NAND Flash技术和市场的控制力是不容忽视的。

Intel发布了新一代SATA SSD 545s产品 ，采用64层堆叠闪存的SSD取代去年的SSD 540s，当时Intel自己的3D堆叠闪存技术还不成熟，所以采用了SK海力士的16nm TLC和慧荣主控SM2258。SSD 545s采用的是Intel第二代3D TLC闪存颗粒(Intel的第一代3D闪存是32层堆叠)，64层堆叠设计，具有浮动栅极存储单元，单颗容量256Gb(32GB)。SSD 545s的主控采用了升级版慧荣主控SM2259，加入了对端到端数据保护和ECC的支持(主控SRAM和外部DRAM均有)，同时搭配Intel定制固件 。支持每天0.3次全盘写入，终生写入量288TB。

为了延长SSD磨损寿命，多数厂商提供容量超配 。例如一块100GB容量的SSD，其内部的闪存颗粒的物理容量是大于100GB，企业级SSD一般可以达到128G或者更多，超出的那部分就被称为冗余。或者采用较好的部件，如更好的颗粒、更好的控制芯片 ，提供强力的LDPC纠错算法等 ，但是SSD寿命并非单纯取决于闪存的类型，而是多个因素综合作用的结果。

闪存介质中，保存数据的基本单元被称为Cell。每个Cell通过注入、释放电子来记录不同的数据。电子在Cell中进出，会对Cell产生磨损；随着磨损程度的增加 ，Cell中的电子出现逃逸的概率会不断增加，进而导致Cell所保存的数据出现跳变。例如某个Cell最开始保存的二进制数据是10，一段时间后再读取该Cell，二进制数据可能就变成了11。因为闪存中保存的数据有一定的概率出现跳变，因此需要配合ECC算法(Error Correcting Code)来使用，SSD内部需要有ECC引擎进行数据检错和纠错 。

写入SSD颗粒数据时，ECC引擎基于原始数据计算出冗余数据，并将原始数据和冗余数据同时保存 。从SSD读取数据时，原始数据和冗余数据一并被读出，并通过ECC引擎检查错误并纠正错误，最终得到正确的原始数据。

闪存所保存的数据出现跳变的数量，随着擦写次数的增加而增加 。当擦写次数达到一定的阈值后，闪存中保存的数据出现跳变的数量会增大到ECC引擎无法纠正的程度，进而导致数据无法被读出。这个阈值就是闪存的最大擦写次数 。

在SSD领域，当前标准的ECC算法是BCH算法(以三位作者的名字首字母命名)，可以满足绝大多数SSD的纠错需求。大多数产品中，闪存介质所宣称的最大擦写次数，就是基于BCH算法来给出 的，但是BCH算法的纠错数据位比较有限，所以目前纠错能力更强的算法也被应用，如LDPC(Low Density Parity Check Code) 是一个纠错能力很强的算法，可以纠正更多的数据跳变。

SLC、MLC及TLC这三种闪存芯片，大家都很清楚，但接下来QLC闪存芯片要开启它的逆袭之路，而东芝和西数已经率先做出表率 ，目前主要针对智能型手机(如iPhone等)、平板计算机和记忆卡市场。

东芝今后也计划推出采用堆栈 96 层制程技术的 512Gb(64GB)3D NAND 产品以及采用全球首见的QLC(Quad-Level Cell)技术的 3D NAND 产品 。该款QLC试作品为采用堆栈 64 层制程技术，实现业界最大容量的 768Gb(96GB)产品，已经提供给 SSD 厂、控制器厂进行研发使用。

西数全球首发了96层堆栈的3D NAND闪存，其使用的是新一代BiCS 4技术(预计下半年出样，2018年开始量产)，除了TLC类型外，其还会支持QLC ，这个意义是重大的。西数已经用实际行动表明会支持QLC，而接下来三星、Intel、SK Hynix等厂商也势必会跟进(目前还没有正式公布QLC的进展)，为何厂商会跟进可靠性、寿命比TLC还差的QLC 。

目前来看，QLC闪存单位存储密度是TLC的2倍，单颗芯片可达到256GB甚至512GB。但是QLC闪存的电压更难控制，写入速度更低，可靠、稳定性及寿命比TLC更差。个人觉得主要的原因是成本和闪存对寿命SSD的不断优化，随着SSD控制对QLC技术优化，也有理由相信QLC跟TLC走同样的路，也有可能被用在企业产品 。

从长远来看，能不能将SSD的价格拉下来，我个人对QLC是寄予厚望的，但具体时间目前却无法预知，从TLC到QLC的技术过度 需要时间，需要双倍的精度才能确保足够高的稳定性、寿命和性能。如果参考TLC的历程，价格优势更难在短期内体现出来，QLC大批量上市并且明显带动降价节奏的时间也是我所期待的。

对于存储介质的未来除了NAND Flash外，还要有很多技术值得期待。 SCM( Storage -Class-Memory)产品已经出现在大众视野 ，如美光、英特尔自2016年开始量产的3D-Xpoint ，威腾、东芝合作开发的3D-ReRAM 。SCM的读写速度是3D-NAND的千倍，但在产品测试结果显示只有几十倍，这也说明SCM在读写性能上还有较大的提升空间值得期待。然而3D-NAND+类DRAM混合型的4D-NAND集前端高速度DRAM和后端低价大容量的3D-NAND于一身，也将会在容量和性能中找到一个很好的折中点。

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