PCle標準演進、NAND技術迭代，企業級SSD如何突破設計難點

電子發燒友報道（文/莫婷婷）近年來，數據中心、云計算等相關技術不斷演進，機器學習、數據分析、高性能渲染等新興應用推動SSD（固態硬盤）的發展。在企業級市場，SSD正面臨著新興應用帶來的設計挑戰。

一是接口速度越來越快，從PCle Gen3，Gen4，Gen5，如今Gen6的標準也正式提出。二是NAND技術也從高堆疊層數一直推演到I/O 的速度不斷提升。三是NVMe標準也在不斷演進。SSD不僅僅面臨設計上的挑戰，慧榮科技市場營銷暨研發資深副總裁段喜亭表示，制造商采取的技術也要有嚴謹的討論，其目的就是為了能夠找到性能與功耗之間平衡的解決方案。

在PCle標準方面，其演進的趨勢最主要是體現在傳輸速率上，從Gen3的8GT/s，到Gen4中的16GT/s，翻倍到Gen5的32GT/s，Gen6更是翻倍到64GT/s，每一代基本是以乘2 的傳輸速率在演進。這個速度所帶來的提升也造就了設計上的困難與挑戰。尤其是當速度提升時，在主控一體架構設計上就必須考量到CPU的資源分配、data path等方面，什么樣架構上的演變或者改進能夠對應到速度更進一步的提升，這樣才能讓PCle在演進時將效能提升到應有的水準。

在PCle規格演進時，還需要考慮到DDR接口加速以匹配PCle接口，尤其是在主控運行時，要避免在設計上面的瓶頸。所以當PCle傳輸速率變成雙倍、4倍甚至更大時，需要做出相應的改變讓延遲降到最低，并且符合PCle每一代所要求的效能。

在NAND技術方面，慧榮科技不僅僅是在TLC、QLC上進行研究，在PLC上的研究也在加速推進。除了對應堆疊層數的增加，段喜亭提到，NAND技術的迭代，讓SSD在設計過程中需要有更強大的LDPC糾錯功能，以及先進的NAND管理演算法。

在標準的演進方面，NVMe每一代標準的演進都加入了新的功能，給企業級存儲帶來的設計上的挑戰也越來越大。此外，基于PCIe Gen5，CXL協議作為新的標準出現，在存儲市場掀起水花，成為企業級存儲技術所關注的另一維度。目前，瀾起科技已經發布了CXL內存擴展控制器，慧榮科技也表示將拓展CXL應用到企業級存儲中。

為了解決數據中心和企業存儲面臨的新的挑戰，慧榮科技在2022年7月推出第三代可定制化編程式PCIe Gen5 SSD解決方案平臺——MonTitan。根據介紹，該平臺具有更新更強大的SSD企業級主控芯片，提供了支持傳統的參考形式、最新EDSF參考設計套件，并且支持帶來了企業級固件。

其中，上述提到的SSD企業級主控芯片是慧榮科技的PCIe Gen5 x 4 SM8366，支持NVMe 2. 0，帶有16NAND通道，速度最快可以支持到 2400MT/s，支持DDR5，并向前兼容DDR4。在效能方面，順序讀/寫為14GB/s，隨機讀/寫為3/2.8M IOPS。

據了解，寶存科技已經開始開發SM8366方案，預計將推出B58R U.2 8 TB解決方案，以及WDS E3.S 2t 16TB的解決方案，連續讀取能達到SM8366最大的效能14GB/s，隨機讀取性能能達到3M IOPS。
當下，消費級存儲市場面臨著多重挑戰，但企業級存儲市場依舊保持增長。IDC預測，到2025年我國的數據將達48.6ZB，存儲容量與數量等各方面都面臨著挑戰。隨著存儲廠商不斷突破技術瓶頸，預計企業級存儲市場將得到新的增長動力。