国产高端企业级主控新突破，忆芯科技为中国SSD生态注入新血液

　　随着数据的地位在各行各业日益突出，对任何一家组织而言，数据泄露和数据篡改都是严重的安全泄密事件，它会极大危害组织的信息安全。存储对数据安全的重要性毋庸置疑，而当前存储行业存在着一个公开的秘密，随着各国关系更加走向不明朗，企业更倾向于本土化的存储供应链。
　　实际上，在中国大陆，一些本地的存储企业早在几年前就开始推动存储产业国产化。近年来，伴随中美关系日趋不明朗，长江存储、合肥长鑫、福建晋华等企业加快了扩建速度，以助力国产存储芯片的研发与量产。经过了几年的技术积累，国产存储产业链企业已经陆续发布了自己的新品。
　　主控作为存储行业的重要一环，其技术进步也对整个行业起到很大的推动作用。截至目前，市场上已经有一批国产主控厂有了新突破，其中就包括了忆芯科技。这是一家2015年成立的Fabless企业，先后完成了多颗消费级/企业级PCIe SSD主控芯片流片，并实现了大规模量产。目前，该公司正逐渐完善自己的SSD生态圈。
　　新的企业级SSD主控芯片及SSD
　　图1：忆芯科技高性能企业级SSD主控芯片STAR2000
　　2023年3月初，忆芯科技面向全球发布了其PCIe 4.0高端企业级SSD主控芯片STAR2000、STAR2008、STAR2010，以及SSD盘STAR2000E系列。STAR2000是该公司第二代企业级主控芯片产品，将为其企业级SSD产品线打下坚实的基础。
　　STAR2000采用了12nm工艺制程，支持PCle 4.0，有16个闪存通道，支持128TB容量，工作功耗<8W。该主控芯片采用了Arm  Cortex-A55处理器、支持NVMe 2.0协议、集成神经网络单元和硬件卷积加速单元。
　　图2：忆芯科技高性能企业级SSD STAR2000E
　　STAR2000E是基于STAR2000主控的PCIe4.0高性能企业级SSD产品。该款SSD产品支持双端口，具有业界领先的各类读写性能，支持NVMe 2.0、数据加密、TCG和各种安全协议。基于STAR2000主控提供的全硬件化固件签名验签技术，STAR2000E可以在SSD上电时对固件进行正确性验证，可以防止数据泄露、数据篡改事件的发生。
　　与上一代量产的STAR1200E产品相比，STAR2000E具备更高的顺序读写、随机读写性能和更低读写延时参数，各项性能指标都有质的飞跃，比如其随机读写性能提升了318%。其主要面向通用的企业级市场，包括云存储、大数据和数据中心等应用。
　　根据忆芯科技创始人/CEO沈飞的介绍，该公司所有产品均以天体来命名。根据产品规划路线，最早的STAR1000P叫＂木卫2＂，STAR2000命名为＂天王星＂，正在研发的下一代PCIe 5.0主控命名为＂月球＂；未来＂存算一体＂的智慧存储命名为＂天狼星＂，存算传一体的数据中心芯片命名为＂猎户座＂。
　　该公司针对＂存算一体＂方面的布局，符合当前存储行业的发展趋势。在云端的AI计算中，＂存储墙＂是一个重要的性能瓶颈。存算一体化(PIM)将存储资源中嵌入计算能力，可减少数据频繁移动带来的延迟和能耗方面的开销，并且可有效解决＂存储墙＂问题。因此，忆芯在此背景下，开发存储与计算功能一体化的芯片不失为一种顺应潮流的选择。
　　基于STAR2000的＂存算一体＂
　　图3：高性能可计算SSD STAR2000D
　　在基于STAR2000主控芯片研发的几组解决方案演示中，其中的＂存算一体＂对比方案是一组以图搜图的应用演示。据忆芯科技首席AI科学家孙唐介绍，传统的秒级百万级别的以图搜图的应用中，需要用到一台成本将近4,000美金的服务器，需要用到12核CPU及高达128TOPS算力的GPU。而现场演示的存算融合一体机仅需1/4的成本，就可达到同等性能的功能。未来通过STAR2000D内置的CPU、板载的内存、片上的8 TOPS算力NPU，以及SSD存储应用，可将服务器方案的成本在目前仅为1/4的基础上再缩小一半(即成本仅为传统存算分离服务器的八分之一)。在应用方面，STAR2000D适用于功耗、性能都有严苛要求的边缘计算市场。
　　忆芯科技芯片首席架构师薛立成介绍说，＂存算一体＂SSD融合了存储和计算，它可有效减少用户API到盘上的访问路径。在芯片端利用算力来计算，将主机端的运算下沉到SSD盘上，通过一个通道把盘上的运算结果返还给主机，这样就能释放主机的计算压力。未来，整个AI市场的发展会越来越需要高性能的存算一体的SSD。 STAR2000主控中有8 TOPS NPU模块和可实现矩阵计算的加速模块，这些模块通过StarCompute架构，将计算和存储功能结合起来。例如，SSD在正常使用时会插在电脑上，客户运行算法程序将获得6.8GB每秒的数据吞吐性能，这是PCIe传输通道的极限，实际SSD的后端闪存带宽远超6.8GB，这里就存在性能损失。在既有的计算机架构中，把算法下沉到SSD里面，因为SSD有很强的计算能力，也可做硬件加速。以忆芯的STAR2000芯片为例，当算法下沉到8TB容量的这个主控存储模组中，后端闪存带宽可超过11GB每秒，如果是16TB容量的SSD，它能获得的带宽会更大。为了实现这一构想，在STAR2000E解决方案里，芯片固件采用了可对客户开放的StarCompute存算一体架构，在STAR2000芯片上同时提供计算CPU和存储CPU、神经网络NPU，以及各类硬件加速模块，通过片上操作系统直接提供给客户，后期的产品里还可开发出更多用于存储加速的硬件。
　　＂当客户采用存算一体方案时，部分应用业务可以运行在忆芯主控里面，一样能提供很高的性能，客户自研的算法应用程序可以运行在STAR2000的计算CPU上，我们也会开发一些程序接口套件，允许用户去调整硬件模式，还提供片内存储接口，通过这个接口，计算程序可获11GB每秒，或者更高的芯片内部数据带宽。对于数据密集型业务而言，可以获得非常大的提升。＂忆芯科技软件首席架构师程雪介绍说。
　　观察全球半导体行业，可以看到一种现象：产业链上下游企业会形成一个个生态圈。对存储行业而言，主控在生态圈内占有相当重要的地位。尤其是在存储产业国产化趋势浓厚的现在，围绕在各主控产商周边已经开始形成小圈子。
　　构建新的存储生态圈 如今，中国上、下游企业在助力企业级存储国产化迈向新阶段。作为SSD的三大件之一，主控芯片的重要作用不言而喻。放眼全球存储市场，美国企业是SSD主控行业的先驱，但后续其地位受到中国台湾公司的挑战。同时，中国大陆市场也崛起了数家SSD主控厂，这些主控厂正在打造自己的生态圈。
　　简单梳理企业级SSD产业链，参与者主要是来自海外及中国的企业，包括了韩国的三星、SK海力士等，美国的Microchip、镁光、美满电子等，中国台湾的群联电子等，中国大陆的华为、得瑞、忆芯科技、忆恒创源等。其中，华为专注于PCIe和SAS企业级SSD，得瑞专注于PCIe企业级除闪存、内存之外的其他产业链，忆芯可提供企业级固件和主控设计，忆恒创源专注企业级SSD模组，英韧科技可提供高端消费级主控设计。
　　忆芯科技STAR2000的目标用户主要是B端的国内企业用户的行业数据中心，这些领域的机构出于对自己的数据安全的考量，有较强的替换国产存储产品的需求。目前，安谋科技、百度云、聆思科技、神州数码、长江存储、合肥长鑫等企业均是忆芯科技的合作伙伴。自2016年开始，忆芯科技就与长江存储、合肥长鑫开始适配与合作，相信随着更多合作伙伴的加入，将能给中国信创领域注入新鲜血液。
　　神州数码副总裁、神州信创集团总裁韩智敏透露说，自2020年首次接触忆芯科技，现在双方携手在8大行业的20个重点项目中，共同向客户提供解决方案和服务。到目前为止，神州与忆芯在党政系统、运营商系统、金融系统已展开了全面合作。
　　百度杰出架构师王雁鹏表示，百度和忆芯科技在百度云上建立了统一的云原生IO引擎，打通各种存储资源，包括本地盘、远程盘、启动盘，把后端资源给前端提供统一的接口，在前端会提供统一的NVMe接口，在统一的IO引擎基础下，能发挥云原生更好的效能，更好满足云的需求场景。
　　科大讯飞联合创始人、聆思科技董事长胡郁指出，如果要做To B的业务，有两个业务非常值得做，一个是SaaS化云服务，一个是芯片算法一体化。＂忆芯科技、聆思科技，安谋中国、神州数码、百度等企业其实都是这种体现。在To B的部分，我认为它是一个国家，或者一个生态最重要的基础设施，很多人把这种基础设施叫做数字化进程。＂
　　由此可见，围绕存储相关的新的生态圈正在建立，相信随着各方合作的进一步加深，中国市场上将有更多的方案可大家供选择。
　　图4：忆芯科技展台
　　PCIe 4.0 SSD发展前景大
　　据IDC针对中国企业级SSD市场份额的研报统计，2021年市场规模增长16.2%，达到32.8亿美元(约合人民币225.3亿)，约占全球市场的16.9%。此外，该机构还预测，到2025年，全球SSD市场规模将达到255.1亿美元，中国企业级SSD市场规模将增至489亿元人民币，5年间的复合增速约25%，其中PCIe SSD市场份额比例将从2020年的59%增至90%。
　　近年来，中国大陆存储厂商积极发力PCIe 3.0、PCIe 4.0，以及PCIe 5.0企业级SSD。TrendForce数据显示，我国企业级SSD的出货量在2019年还不到400万片，预计到2025年将超过1,300万片，其中的年增长率将超过18%。其中，英特尔和三星依托技术生态、供应链整合等能力要素处于主导地位，市场占比合计接近70%。同时，本土厂商实力正在快速提升，这将有望改变当下的市场格局。
　　薛立成指出，一款成功的产品要有准确的市场定位。未来三到五年，企业级存储市场会以PCIe 4.0 SSD为主。未来4年，PCIe 4.0的占比超过了70%，国内外的PCIe 4.0 CPU生态系统都具备完全的成熟度，可以说PCIe 4.0的SSD也是不折不扣的刚需产品。另外，随着NVMe 2.0的推出，更多用户希望未来的SSD能支持，包括分区命名空间、Endurance Group管理等新特性，前者可有效地减少客户对磁盘的写入数量，后者可为多用户、多应用提供与之匹配的性能。因此，既支持PCIe 4.0接口又支持NVMe 2.0协议的STAR2000，将能在企业级SSD市场上赢得认可。
　　值得注意的是，STAR2000主控芯片中所有核心的IP都是自主研发和设计。忆芯科技坚信，自主研发可带来很好的竞争力，通过自主研发的方式，可让产品具有持续迭代、持续升级的基因，能为未来的主控提供更好的支持，还能为产品带来更多的多样性和差异性。