SSD主控芯片都采用什么處理器架構？

首先，SSD主控要合理調配數據在各個閃存芯片上的負荷，讓所有的閃存顆粒都能夠在一定負荷下正常工作，協調和維護不同區塊顆粒的協作；

其次，它承擔了整個數據中轉，連接閃存芯片和外部SATA接口；

還有，它要負責固態硬盤內部各項指令的完成，諸如trim、CG回收、磨損均衡等。

聯蕓科技的市場主管任吉表示，“現在的存儲顆粒質量越來越差，相應地對SSD主控的要求也將越來越高?！?/div>

因為SSD主控不僅要完成溫度管理、SMART健康度報告、壞塊管理等等任務，還需要實現糾錯，以及斷電保護等功能。

我們平時經常看到固態硬盤標注"支持LDPC糾錯"。LDPC糾錯實際上包含了硬判決和軟判決兩部分，前者在主控硬件內有硬件加速實現，后者則需要結合主控的運算能力去加強糾錯效果。

由于閃存顆粒并不是只到了壽命末期才會出錯的，只是末期的出錯率更高一些。所以說主控糾錯引擎其實是始終在運作的，每一筆寫入和讀出的數據，都要經過主控糾錯引擎的檢驗和處理。

斷電保護則是每一個固態硬盤主控都必須考慮的。過去我們講一顆固態硬盤帶不帶斷電保護，指的是固態硬盤是否有獨立的斷電保護電路，包括儲能電容、監測電路和固件中的保護動作執行邏輯。完整的斷電保護應該包括運行時用戶數據保護以及DRAM緩存當中元數據的保護。

除了Arm的R系列內核，也有選擇其他處理器內核的，比如憶芯科技的SSD主控芯片STAR1000P選用的是來自美國Synopsys公司的ARC處理器。

根據Synopsys官網的介紹，Synopsys 的 DesignWare? ARC? 處理器是 32 位 CPU，經 SoC 設計人員的優化，可滿足各種不同用途的需求，從各類細分市場深度嵌入式應用到高性能主機應用，不一而足。設計人員可利用可綜合來定制各個 ARC 核實例，使產品各不相同，以滿足特定性能、功耗和面積的要求。DesignWare ARC 處理器還具有可延展性，可讓設計人員添加自己的定制指令，從而大大提高性能。 全球已有超過 225 家客戶使用 Synopsys ARC 處理器，這些客戶每年總共產出 19 多億塊基于 ARC 的芯片。

目前該架構應用的領域有車用與工業用途、物聯網、移動市場、存儲、以及數字家居。

圖2：Synopsys ARC處理器的SSD和Flash主控解決方案。（圖片來源：Synopsys官網）

雖然國科微此前的GK2301用的是Arm的公版CPU內核，但其GK2302則是于中科龍芯合作的，采用了中科龍芯的處理器IP內核，也就是說，國科微的技術路線從Arm轉向了中科龍芯的改進型MIPS指令集。

中科龍芯提供給國科微的CPU核是GS132e，32位，單發射，4級流水線，芯片面積0.07平方毫米，主頻480MHz。

SSD主控芯片玩家，亞洲勢力在崛起

與機械硬盤的主控芯片集中在希捷、西數、東芝等少數幾家廠商不同，自SSD誕生以來，不斷有廠商進行主控芯片的研發和創新，臺系、日韓、歐美等都有專注于主控芯片研發的廠商，并沒有產生具有壟斷性質的芯片廠商。

因此，在SSD主控芯片市場，一直呈現著多極化的分層，早年的智微Jmicron、Indilinx、東芝自產，到中期大紅大紫，最終落入希捷之手的Sandforce，再到如今百花齊放的慧榮、群聯、Marvell、三星……，主控芯片廠商在不斷的競爭中將固態硬盤產品的總體性能提升向上提升了一大步，也推動了整個固態硬盤向消費市場的普及。

接下來，我們一起看看現在SSD主控芯片市場上的主要玩家們。

主流首選：Marvell

雖然在SSD領域，并沒有出現一家主控芯片廠商獨霸市場的壟斷情況，但依舊存在著市場份額較大的主控廠商，那就是Marvell主控芯片。

Marvell 1995年在美國加州圣塔克拉拉成立，在IC上的布局包括大容量存儲解決方案、網絡和無線連接等，半導體解決方案主要應用于企業、云、汽車、工業和消費類市場。

Marvell在SSD主控領域獨占鰲頭，除與部分NAND原廠形成緊密合作關系外，還與各SSD終端產品廠商達成廣泛合作。

與其有合作的SSD終端廠商有英特爾、美光、浦科特等。

一站式服務：慧榮主控

慧榮，全稱為慧榮科技，1995年成立于美國加州硅谷，2002年與***的慧亞科技合并后更名為慧榮科技(Silicon Motion, Inc.)，總部設于***。

Silicon Motion于2005年6月在美國NASDAQ上市，成為***第一家赴美掛牌的IC設計公司。目前總部設立于***，并在中國***、中國大陸（深圳、上海、北京）、香港、韓國、日本、美國均設有研發及運營團隊，公司于2005年在美國Nasdaq上市，成為亞洲第一家赴美掛牌的IC設計公司。

它除了提供閃存主控芯片，還有SSD、eMMC等嵌入式儲存產品，應用領域包括智能型手機、平板計算機、個人計算機和工業等。

慧榮科技的控制芯片品牌是“SMI”，企業級SSD品牌為“Shannon Systems”，移動通訊產品則是“FCI”品牌。

PCIe 4.0 SSD正在襲來，但很多時候，我們可能并不需要太過強大的U盤，小巧便攜也是一種剛需。

在臺北電腦展上，慧榮展示了首款單芯片設計的便攜式USB SSD主控，型號“SM3282”，整合了一顆USB 3.0主控、一顆SSD主控(雙通道八芯片)、3.3V/2.5V/1.8V/1.2V電壓調節器等，采用了68針QFN封裝。

以往打造便攜式SSD的時候，廠商需要使用一顆SSD主控芯片和一顆USB-PCIe橋接芯片，不但增加了成本和價格，也占用了很多內部空間，現在有了慧榮的方案，只需一顆芯片即可搞定，可以輕松將USB SSD做成一個大號U盤的樣子。

性能方面，持續讀寫速度都能超過400MB/s，也就是一塊較弱SATA SSD的水平。

它支持各家廠商的各種閃存顆粒，3D TLC、3D QLC都沒問題，最多96層堆疊，現場也展示了搭配Intel、美光、三星、SK海力士、東芝、西數的閃存解決方案。

據稱，該芯片將在今年晚些時候出貨。

圖3：慧榮在臺北電腦展上展示的SM3282存儲解決方案。

性價比的選擇：群聯電子

群聯電子，2000年成立于***新竹，是全球第一家推出單核心U盤主控芯片的***IC設計廠商，同時群聯作為NAND閃存解決方案的供貨商，也可以提供品牌廠商，系統與OEM服務。

群聯電子長期專注于閃存存儲主控芯片研發，涵蓋了USB、SD存儲卡、eMMC、UFS、PATA、SATA、PCI-E規格的SSD主控芯片，并為存儲系統和OEM/ODM等品牌客戶提供存儲解決方案，終端應用遍及消費性市場、工業制造及企業數據中心、嵌入式存儲等。

由于高度重視存儲加密技術，群聯電子在國際技術標準上取得了ONFI創始會員資格，同時也是SD協會、UFS協會的董事。

雖然目前主流的接口是PCIe3.0，但在臺北電腦展上，AMD帶來了支持PCIe 4.0的第三代銳龍處理器、X570主板，隨后發布了同樣支持PCIe 4.0的新一代RX 5700顯卡。而在生態方面，群聯首發PCIe 4.0 SSD主控制器PS5016-E16(以及衍生的低端版本PS5019-E19)，技嘉、影馳、海盜船、博帝、必恩威等至少七家廠商同時拿出了PCIe 4.0 SSD，技嘉的甚至已經正式發布。

雖然慧榮也展示了PCIe 4.0主控，并由威剛展示相應的SSD，但進度相對慢很多，不知道何時才能上市。

作為主控大廠，群聯首發PCIe 4.0并不意外，但意外的是，E16這款主控從無到有的整個研發過程，用了僅僅9個月，創下行業紀錄。

要知道，一般的SSD主控研發往往需要耗時24個月左右。

此番群聯與AMD合作，僅用9個月就完成PCIe 4.0主控研發，并隨著新平臺同步登場，而且帶來了極為顯著的性能提升，無疑是一個相當成功的案例，也有利于推動整個行業的進步。

除了群聯電子，點序科技也是臺系不可忽視的一支中堅力量，其產品以閃存控制芯片為主，應用包含了SD/microSD、USB、eMMC、SSD控制芯片等，并依靠耗損平均(Wear-Leveling)算法、錯誤檢查糾正(ECC)、壞區管理(Bad Block Management)等技術，讓客戶的產品獲得穩定的效能提升。

臺系主控目前是SSD市場上的主流，并在中國大陸協同伙伴贏得龐大的消費群體，市場份額不斷上升。

大陸系主控品牌

華為：2018年12月，華為在中國智能計算業務戰略發布會上推出智能SSD控制芯片，華為透露，早在2005年，公司就啟動了SSD控制芯片的研發，而最新的Hi 1812E，則是基于全新架構的第7代SSD。它采用臺積電16納米工藝，將PCle NVMe與SAS融合，支持PCIe 3.0、SAS 3.0、PCI-E熱插拔、智能加速、多流、原子寫、QoS等等，并且壽命延長20％。

在存儲技術方面，華為也推出ES3000系列SSD，ES3000 SSD是華為企業級高性能固態硬盤，采用華為自研Hi1812 SSD控制芯片和六代SSD產品演進的算法技術，配套NAND Flash介質，提供NVMe PCIe和SAS兩種接口，具有性能高、響應快、可靠性高等特點，解決硬盤IO性能瓶頸，大幅提升數據庫、云服務、虛擬化、分布式存儲、大數據等業務應用性能，幫助客戶降低系統TCO。

杭州華瀾微電子(Sage Microelectronics Corp)：該公司可提供存儲卡、U盤、移動硬盤、固態硬盤、硬盤陣列以及大數據存儲系統控制器芯片和解決方案，并實現了上述產品的芯片級信息安全防護。

公司于2015年并購了美國initio(晶量)公司的橋接芯片產品線，形成了initio Bridge芯片系列，產品已經廣泛應用于工業控制、個人消費、航空航天、測量裝備等領域。

目前華瀾微電子可供SATA,SAS, PCIE等接口的SSD控制器芯片系列，不僅僅可以滿足一般消費類應用，而且正在逐步發展的高端企業級應用。不僅僅如此，華瀾微的芯片還能夠提供國際通用加/解密算法（如AES）和國家商業密碼算法電路（SM2/3/4）的硬件支持，是中國最早把商密算法集成到SSD控制器的公司。

深圳市得一微電子(YEESTOR Microelectronics Co.,Ltd)：它專注于存儲控制芯片領域，為客戶提供優質的存儲控制芯片以及專業化的技術支持和服務。

其產品主要是SSD、eMMC、USB、SD等主控芯片以及安全存儲控制器，廣泛應用于移動存儲、便攜式存儲和安全存儲領域。

2019年1月，得一微電子推出旗艦PCIe3x4 SSD主控YS9203，這顆PCIe Gen3x4 SSD主控芯片專門針對消費級旗艦以及輕企業級應用而打造，得益于硬件和固件上的優化，該主控將充分發揮NWMe1.3的性能。該主控提供PCIe 4個Lane和8個NAND Flash通道，支持3D MLC/TLC/QLC的NAND，使用LDPC以及Enhance RAID增強了數據可靠性和耐久性。它還支持1.2V和1.8V接口電壓，國密SM2/SM3/SM4，TCG OPAL。消費級工作溫度范圍：0°C-70°C，工業級工作溫度范圍：-40°C-85°C。順序讀寫速度高達3500MB/s, 3200MB/s, 隨機讀寫速度都高達800K IOPS。

聯蕓科技（Maxio）：聯蕓科技隸屬中國電科集團（CETC），繼美國 MARVELL、*** SMI 之后全球第三家也是國內唯一能夠大規模量產 SSD 主控芯片廠商。

聯蕓科技可提供多款 SSD 解決方案，其 MAS0901 固態硬盤主控芯片的企業級固態硬盤解決方案，性能已達國際同類固態硬盤主控芯片及固態硬盤解決方案領先水平。MAS0901 固態硬盤主控芯片是針對企業級及數據中心級打造一款重量級 SSD 主控芯片，該芯片支持 SATA3.2 接口技術，支持 Toggle2.0&ONFi4.0 & Async 閃存接口、支持 DDR3/DDR3L/DDR4 接口、原創 Aglie ECC DSP 算法（LDPC）、支持 RAID5 技術等；在安全方面：支持 AES256、SHA256、RSA2048 國際密碼算法以及國產商用密碼算法 SM2、SM3、SM4，確保數據安全及防止固件被惡意篡改。

圖4：聯蕓科技在展會上展示的SSD主控芯片。

聯蕓科技的MAP1000系列PCIe SSD主控芯片，包含MAP10002（4閃存通道，無DRAM）、MAP1003（4閃存通道）和較為高端的MAP1001（8閃存通道），均采用28nm工藝制造。

其中，MAP1001支持PCIe 3.0 x4，可掛載3D MLC/TLC/QLC等多類型、多品牌閃存芯片。

圖5：聯蕓科技的SSD主控芯片參數。

性能方面，MAP1001可達到最高3.5GB/s順序讀速、3GB/s順序寫速、800K IOPS隨機讀速和600K IOPS隨機寫速。

據悉，聯蕓科技的客戶將從今年三季度開始測試MAP1001/1002，商用SSD成品最快今年底或明年面世。

憶芯科技：憶芯科技成立于2015年11月，是國內最早致力于高性能SSD主控芯片研發的初創企業。

在歷經了FPGA技術驗證、MB1000原型芯片，STAR1000量產芯片后，憶芯科技在今年初推出了最新一代高端消費級/入門企業級SSD主控芯片STAR1000P。

STAR1000P是憶芯科技的第二代 NVMe SSD控制器，主機接口為 PCIe Gen3x4，支持NVMe1.3協議，支持8個閃存通道，最大32TB Flash容量。STAR1000P實現了3.5GB/s和3.2GB/s的順序讀寫以及600 K IOPS以上的隨機讀寫性能，最低8us的寫延遲。該芯片除支持國際AES加密標準以外，也全面支持中國商密（SM2/3/4）安全方案。STAR1000P采用憶芯科技第三代 StarlDPC糾錯碼技術，可以輕松應對3DTLC/QLC挑戰。DVFS技術，極致優化動態時鐘門控等任功耗技術，保證了STAR1000P在全性能模式下的功耗僅為2W左右。同時STAR1000P增強了 NVMe PI，EEEC，In－line ECC等糾錯技術，以滿足工業及企業級高可靠性要求。

其設計采用新思DesignWare ARC HS38處理器多核結構，利用ARC可擴展架構與自定義指令集，提高硬件調度效率。

不過，憶芯科技并沒提到STAR1000P主控硬盤何時上市，不過表態已經在跟國內多家廠商聯合開發基于STAR1000P主控的SSD硬盤，主要面向企業級、客戶端市場。

國科微：2018年12月，國科微發布固態存儲產品--GOKE 2301系列SSD，使用的主控芯片是國科微自主研發的GK2301。該主控通過了國測和國密雙認證，并擁有自主知識產權。GK2301支持SATA3.2標準，最大帶寬560Bps，支持4通道閃存，最大支持4TB容量。芯片方面，其支持SLC/MLC/TLC/3D閃存顆粒，支持最大2GB，16位寬的DDR3/DDR3L的外置緩存。最重要的是支持國密SM2/3/4及SHA-256/AES-256加密，以及國科第二代LDPC w/Soft DSP糾錯引擎。

國科微GK2302主控則使用的是中科龍芯的IP內核，這意味著它的技術路線從ARM變成了龍芯改進后的MIPS指令集?？紤]到龍芯現在已經買斷了指令集，并且可以自主改進，國科微GK2302主控可以號稱血統最純正的國產SSD主控了。

GK2302系列芯片采用高速SATA 6Gbps接口與主機通訊，單芯片容量最大支持4TB，讀寫速度達到500MB/s。

SSD發展歷程

1956年，IBM公司發明了世界上第一塊硬盤。

1968年，IBM重新提出“溫徹斯特”（Winchester）技術可行性，奠定了硬盤發展方向。

1970年，StorageTek公司(Sun StorageTek)開發了第一個固態硬盤驅動器。

1984年，東芝發明閃存。

1989年，世界上第一款固態硬盤出現。

2006年3月，三星率先發布一款32GB容量的固態硬盤筆記本電腦，

2007年1月，SanDisk發布1.8寸32GB固態硬盤產品，3月又發布了2.5寸32GB型號。

2007年6月，東芝推出了其第一款120GB固態硬盤筆記本電腦。

2008年9月，憶正MemoRight SSD正式發布，標志著中國企業加速進軍固態硬盤行業。

2009年，SSD井噴式發展，各大廠商蜂擁而來，存儲虛擬化正式走入新階段。

2010年2月，美光發布了全球首款SATA 6Gbps接口固態硬盤，突破了SATAII接口300MB/s的讀寫速度。

2010年底，瑞耐斯Renice推出全球第一款高性能mSATA固態硬盤并獲取專利權。

2012年，蘋果公司在筆記本電腦上應用容量為512G的固態硬盤。

2015年8月1日，特科芯推出了首款Type-C接口的移動固態硬盤。該款SSD提供了最新的Type-C接口，支持USB接口雙面插入。

2016年1月1日，中國存儲廠商特科芯發布了全球首款Type-C指紋加密SSD。

2017年，全球SSD出貨量達1.57億臺，較2016年增長20%。

2018年，根據中國閃存市場統計，2018年全球SSD出貨量已突破2億臺大關，達到2.05億臺，相較于2017年增長31%。

2019年，今年SSD發展三大趨勢，第一：96層技術進場；第二：消費類SSD容量從240GB/256GB起跳；第三：各家SSD品牌廠將主打PCIe SSD，并成為主角。

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