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SSD硬盤逐漸取代HDD機(jī)械硬盤已經(jīng)是大勢(shì)所趨，2016年全球SSD硬盤出貨1.5億個(gè)，到2021年還將進(jìn)一步增長(zhǎng)到2.5億個(gè)，市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)300億美元，這是存儲(chǔ)市場(chǎng)的一片藍(lán)海?？上У氖?，目前這個(gè)市場(chǎng)主要被國(guó)外公司壟斷，三星、東芝、美光、西數(shù)等公司是NAND閃存市場(chǎng)最大的贏家，唯一的好消息就是國(guó)內(nèi)公司目前已經(jīng)殺入存儲(chǔ)市場(chǎng)，在NAND閃存、SSD主控等領(lǐng)域加速發(fā)展。
我們平時(shí)關(guān)注的存儲(chǔ)公司主要是長(zhǎng)江存儲(chǔ)，因?yàn)樗麄冋诮ㄔO(shè)國(guó)內(nèi)最大的NAND生產(chǎn)基地。今天我們來關(guān)注一下國(guó)產(chǎn)主控芯片的情況，它也是存儲(chǔ)市場(chǎng)中非常重要一部分，影響著SSD硬盤的性能、穩(wěn)定性、可靠性。
SSD很常見，但你真的了解它的結(jié)構(gòu)嗎？
SSD主卡到底有多重要，那我們首先來看看一個(gè)SSD都是由那些元件構(gòu)成的。SSD硬盤我們見過很多種了，根據(jù)接口、大小等不同有多種分類，目前最常見的是SATA接口的2.5寸規(guī)格以及PCI-E通道的M.2 2280硬盤，U.2接口、AIC插卡式SSD硬盤主要用于工作站、服務(wù)器等市場(chǎng)，消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)比較少見。
不論哪種規(guī)格尺寸，SSD硬盤內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都是差不多的，通常包括PCB（含供電電路）、NAND閃存、SSD主控、接口等，還有一個(gè)并非必要但依然很重要的緩存芯片。
最核心的部分其實(shí)就是NAND閃存和主控， 從成本上來說NAND閃存大概能占SSD硬盤物料成本的70%或更多，目前128GB到1TB容量的SSD通常要使用2-8顆閃存芯片，主要來自三星、東芝、美光、西數(shù)（閃迪被西數(shù)收購(gòu)）、英特爾、SK Hynix等公司，其中三星、西數(shù)、英特爾一般是自用較多，第三方品牌的SSD硬盤通常使用東芝、美光較多，SK Hynix除了自用之外在消費(fèi)級(jí)SSD上很少見，OEM市場(chǎng)居多。
顆粒印字模糊的多為黑片
NAND閃存的學(xué)問就更多了，除了不同廠商不同技術(shù)不同類型之外，NAND閃存光是質(zhì)量等級(jí)就有 原廠、白片、黑片以及拆機(jī)片之分 ， 不過有關(guān)閃存的內(nèi)容不是今天的重點(diǎn)，以后有機(jī)會(huì)再說。
至于緩存芯片，它不是SSD硬盤中必須的，這主要取決于主控類型，但是有了緩存顆粒顯然會(huì)更好，因?yàn)榫彺嫱ǔＪ?a target="_blank">DDR3或者DDR4，容量256MB到4GB之間，頻率在1600到3200MHz之間，性能遠(yuǎn)高于NAND閃存，配備緩存可以大大提升SSD硬盤的性能，尤其是寫入性能。
其次就是主控了， 一般來說主控芯片的成本占據(jù)SSD硬盤10-15%的比例， 不是最貴的部件，但也是非常重要的。如果我們把SSD硬盤比作一個(gè)大貨車，那么主控就相當(dāng)于駕駛室，主控里的固件相當(dāng)于駕駛員，它決定著貨車怎么開。
PCB以及外殼等其他部件是SSD中最便宜的， 加起來占的成本也就15%左右，可能還會(huì)更低，這部分沒多少技術(shù)含量，成本取決于廠商的供應(yīng)鏈控制、管理。
SSD主控變遷：美系、臺(tái)系先后崛起，下一步看大陸
NAND閃存是SSD硬盤中最重要的部分，但是生產(chǎn)NAND門檻很高，全球也只有三星、SK Hynix、東芝/西數(shù)、美光/英特爾四大陣營(yíng)，他們幾家?guī)缀鯄艛嗔薔AND市場(chǎng)，而建設(shè)一座12英寸NAND工廠，投資動(dòng)輒數(shù)十億美元，所以之前沒有什么公司有勇氣挑戰(zhàn)他們。
SSD主控芯片就不一樣了，它的生產(chǎn)、制造可以交給臺(tái)積電等代工廠解決，主控芯片設(shè)計(jì)也有成熟的ARM內(nèi)核、DDR物理層等IP授權(quán)可用，研發(fā)難度大大降低，所以前幾年涌現(xiàn)出了許多SSD主控公司。
第一波崛起的SSD主控公司自然來自美國(guó)居多，我們熟悉的SandFroce、Marvell都是美系主控的代表，前幾年中這兩家公司競(jìng)相推出主控新品，尤其是在20nm節(jié)點(diǎn)之前，老玩家大概還記得SF-2281這顆經(jīng)典主控吧，還有他們獨(dú)特的壓縮算法，當(dāng)年也是人盡皆知。
Marvell也就是我們常叫的馬牌，大眾認(rèn)知上也是頂級(jí)的主控品牌，浦科特的大多數(shù)型號(hào)都使用Marvell的主控，所以耐久性也特別好，長(zhǎng)時(shí)間使用也不掉速。
另一方面，隨著SSD市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，再加上SandForce多次被收購(gòu)，這家美系主控公司開始衰落，新品跟不上市場(chǎng)了，最終被希捷收購(gòu)，SF主控在市場(chǎng)上也少有人問津了，只剩下Marvell支撐。
臺(tái)系主控趁機(jī)發(fā)力
SF衰落之后，崛起的是***SSD主控公司，其中JMicron起步較早，可惜并沒有堅(jiān)持下去，被后面的群聯(lián)Phision、SMI慧榮擊敗了，其他公司如瑞昱、VIA威盛也嘗試過SSD主控市場(chǎng)，但是影響力遠(yuǎn)不如群聯(lián)、SMI這兩家。
目前風(fēng)頭最勁的就是群聯(lián)公司，除了主控技術(shù)優(yōu)勢(shì)之外，群聯(lián)背后還有東芝入股，所以他們可以提供主控、閃存以及固件的一體方案，SSD廠商只要購(gòu)買他們的方案就能快速生產(chǎn)出SSD硬盤，所以獲得了廠商認(rèn)可，而SMI雖然略輸一籌，但是憑借更低的價(jià)格也獲得了國(guó)內(nèi)外SSD廠商的青睞。
臺(tái)系主控目前是SSD市場(chǎng)上的主流，甚至連英特爾的SSD硬盤都有采用，不過從2015年以來，國(guó)內(nèi)廠商也陸續(xù)加大存儲(chǔ)市場(chǎng)的投資，不少?gòu)S商就選擇了SSD主控作為突破口，再加上國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體基金對(duì)存儲(chǔ)芯片的扶植，國(guó)產(chǎn)主控今年開始嶄露頭角，假以時(shí)日勢(shì)必要在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大展身手。
國(guó)產(chǎn)主控市場(chǎng)：隨國(guó)產(chǎn)NAND起舞，大基金助力
在NAND閃存、DRAM內(nèi)存市場(chǎng)上，中國(guó)廠商所需的芯片幾乎100%依賴進(jìn)口，所以國(guó)家半導(dǎo)體發(fā)展規(guī)劃中就選擇了存儲(chǔ)芯片為突破口，特別是紫光主導(dǎo)的長(zhǎng)江存儲(chǔ)在武漢建設(shè)國(guó)內(nèi)最大的存儲(chǔ)芯片基地，一期投資240億美元，主要生產(chǎn)3D NAND閃存，月產(chǎn)能高達(dá)30萬片晶圓/月。
逐步解決NAND閃存供應(yīng)問題之后， 國(guó)內(nèi)廠商也紛紛投資SSD主控芯片領(lǐng)域，形成國(guó)產(chǎn)NAND閃存+國(guó)產(chǎn)主控的真正自主產(chǎn)權(quán) ， 所以這幾年涌現(xiàn)出了多家SSD主控廠商，比較知名的就有 江波龍、國(guó)科微、憶芯、華瀾微電子， 還有偏重軍工、企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的 中勃、一方信息 等公司，另外還有臺(tái)系廠商在大陸設(shè)立的子公司，比如群聯(lián)就在合肥成立了 兆芯科技，杭州聯(lián)蕓科技 也有臺(tái)資參與。
總的來說，國(guó)內(nèi)公開報(bào)道能找到的進(jìn)軍SSD主控市場(chǎng)的公司就不少于10家，數(shù)量上已經(jīng)超越美國(guó)、***地區(qū)的公司。不過國(guó)內(nèi)公司在主控領(lǐng)域依然是新興力量，很多公司都是最近三五年才成立的，比如憶芯科技、聯(lián)蕓科技，即便有老牌半導(dǎo)體公司背景，SSD主控業(yè)務(wù)也是近年來才涉及的，所以絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)主控公司面臨的問題主要是缺乏資金。
在這樣的背景下，中國(guó)的半導(dǎo)體大基金發(fā)揮了重要作用，通過參股、投資等方式為多家企業(yè)提供資金支持，畢竟研發(fā)一款芯片耗資都是數(shù)千萬甚至上億元。據(jù)公開報(bào)道，2015年6月28日，國(guó)科微電子宣布，其與國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司在長(zhǎng)沙簽署合作協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，大基金向國(guó)科微電子注資4億元人民幣，占股21.05%，成為第二大股東。
國(guó)產(chǎn)主控現(xiàn)狀：技術(shù)、工藝追上來了，國(guó)密認(rèn)證是亮點(diǎn)
那么國(guó)產(chǎn)主控現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了什么程度？以往評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)芯片時(shí)人們總會(huì)說中國(guó)公司缺少技術(shù)、人才及資金，三個(gè)問題也是困擾國(guó)產(chǎn)主控的關(guān)鍵，不過這幾年來情況已經(jīng)大有改善，大基金的扶植使得這些公司不再缺少研發(fā)資金，國(guó)產(chǎn)主控的性能已經(jīng)追上來了。
聯(lián)蕓科技的SSD主卡實(shí)測(cè)表現(xiàn)
成立于2014年的聯(lián)蕓科技在2017年的FMS存儲(chǔ)會(huì)議上展示了SATA 6Gbps的MAS0902主控，它不需要緩存顆粒，搭配不同的閃存顆粒都可以達(dá)到560MB/s讀取、520MB/s寫入的性能，隨機(jī)4K性能也在40或者48MB/s，整體性能已經(jīng)不輸Marvell、群聯(lián)等公司的SATA主控。
在高端的PCI-E硬盤上，國(guó)內(nèi)公司也實(shí)現(xiàn)了突破。2017年11月份，憶芯科技在北京舉行發(fā)布會(huì)，推出了STAR1000 PCI-E主控芯片，支持 PCI-E 3.0 x4通道與NVMe 1.2協(xié)議，支持StarLDPC ECC引擎，支持ASE256以及TCG OPAL加密，能夠適配目前已有的MLC/TLC/3D MLC/3D TLC多種閃存類型。
性能方面，STAR1000支持ONFI 4.0與Toggle DDR 3.0閃存接口，支持LPDD3/LPDDR4-2400緩存，連續(xù)讀寫速度晁蓋3GB/s，寫入速度超過2GB/s，隨機(jī)讀取、寫入則達(dá)到了350K、300K，在當(dāng)前的PCI-E主控中也是頂級(jí)水平。
更重要的是，STAR1000主控使用的是臺(tái)積電28nm HPC工藝，在制程工藝上遙遙領(lǐng)先國(guó)內(nèi)主要的40-55nm水平，放在國(guó)外也是一流水準(zhǔn)，群聯(lián)、Marvell的高端SSD主控也是28nm工藝為主。
除了性能追上國(guó)際水平之外，國(guó)產(chǎn)主控還有一個(gè)特別的優(yōu)勢(shì)，那就是支持國(guó)內(nèi)認(rèn)證的安全加密，這不僅是自主可控的要求，還是軍工、特種行業(yè)的必備要求之一。以國(guó)科微為例，他們推出的第二代主控GK2301系列芯片硬件集成國(guó)密SM2/3/4加解密算法，獲得中國(guó)信息安全測(cè)評(píng)中心、國(guó)家密碼管理局雙重認(rèn)證。
總結(jié)：國(guó)產(chǎn)主控迎來春天，與國(guó)產(chǎn)閃存磨合尚需時(shí)間
經(jīng)過國(guó)產(chǎn)公司的不懈努力以及大基金的支持，國(guó)內(nèi)公司如今在SSD主控市場(chǎng)已經(jīng)闖出了一片天地，困擾發(fā)展的技術(shù)、人才、資金等問題逐步緩解，總體水平上已經(jīng)追上來了，并且在自主可控等要求上做到了海外公司做不到的地步，前途還是很光明的。
不過現(xiàn)在還不到國(guó)產(chǎn)主控驕傲的時(shí)候，先進(jìn)水平的主控已經(jīng)研發(fā)出來了，但是目前我們能使用的還是東芝、美光等主控，長(zhǎng)江存儲(chǔ)的國(guó)產(chǎn)NAND閃存量產(chǎn)并大規(guī)模上市還需要一兩年時(shí)間，國(guó)產(chǎn)主控還需要跟國(guó)產(chǎn)閃存有個(gè)很長(zhǎng)時(shí)間的磨合期，畢竟對(duì)SSD來說，可靠性是需要長(zhǎng)時(shí)間檢驗(yàn)的，國(guó)內(nèi)主控公司依然缺少這方面的積累，這個(gè)急不得，只能在產(chǎn)品上積累磨合。
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