PCIe 4.0 SSD尚未起飞，就要迎战速度翻倍的5.0

PCIe 4.0 SSD尚未起飞，就要迎战速度翻倍的5.0
 
不久前，存储厂商才纷纷投入PCIe 4.0 SSD的阵营，而下一代PCIe 5.0却已悄然而至。消费级市场英特尔率先支持了PCIe 5.0，AMD也即将在明年的AM5平台上开启支持，不少服务器级的处理器更是早一步开始了布局，于是原本尚在激战中的SSD厂商们又纷纷开启了下一轮的军备。

PCIe 5.0与4.0的速度与带宽对比 / Rambus
 
与PCIe 4.0相比，PCIe 5.0将单通道的速率提升了两倍，达到32GT/s。这样的性能提升对于AI/ML和数据中心来说尤为重要，CPU、GPU、FPGA和ASIC加速器之间更快速地移动数据成为了可能，而SSD作为存储介质，同样成了直接受益者。一如既往，在新标准的推动上，IP厂商已经先一步就位了，那么SSD和SSD控制器是否同样准备好了呢？
 
铠侠
 
铠侠再度先发制人，在近日推出了业界首款采用PCIe 5.0技术的EDSFF固态硬盘CD7。铠侠的CD与XD系列均为面向数据中心的固态硬盘，但前者过去选用的是常见的2.5英寸外形规格，后者则采用了企业与数据中心标准外形尺寸（EDSFF）。而此次发布的CD7选择了全新的EDSFF E3.S外形规格，以更小的空间占用，拥抱当下数据中心对更紧凑SSD配置的需求，而不再为了兼容性沿用过时的2.5英寸。

CD7 SSD / 铠侠
 
CD7搭载了铠侠自研的控制器、固件以及BiCS Flash 3D TLC闪存，容量最高可达7.68TB。出于对数据中心这种密集型用例的考量，CD7 E3.S系列占用较少的PCIe通道数，因此可在机架内搭载更多的PCIe SSD或加速器，这也就意味着更大的存储空间和更高的算力。
 
CD7采用了PCIe 5.0x2的双通道设计，顺序读取速度达到6450MB/s，随机读取的IOPS达到1050K，均超过上一代的PCIe 4x4的CD6，可以说是“以2敌4”了。在延迟上，CD7的读取延迟为75μs，写入延迟为14μs，与PCIe 4.0的SSD相比分别提升了17%和60%。目前铠侠已将CD7已经送样给各大OEM，预计将在2022年正式推出。
 
FADU
 
美国的FADU是一家专注于闪存解决方案的Fabless初创公司，主要面向OEM和数据中心的存储需求。近日，FADU宣布推出下一代PCIe 5.0 SSD Echo和控制器FC5161。Echo SSD将提供E1.S、E1.L、E3和U.2四种数据中心常用的外形规格，支持PCIe 5.0 x4、NVMe 1.4+以及OCP Cloud 2.0的主机接口。

 
Delta PCIe 4.0平台 / FADU
 
FADU给出了这款SSD的具体参数，Echo的顺序读取速度将达到14.6GB/s，顺序写入速度达到10.4GB/s，随机读取和写入性能分别为3400K和735K IOPS。在PCIe 5.0的加持下，大家都对速度有了基本的预期，各家的SSD虽然速度各异，但总的来说并没有拉开差距。而Echo的优势在于它的功耗上，FADU宣称其平均功耗甚至不到5.2W。
 
据悉，FADU在其SSD控制器FC5161上用到了SiFive的S5系列RISC-V处理器，结合西部数据也计划在其SSD控制器用上自研的RISC-V核心SweRV，RISC-V对于存储厂商的吸引力已经不言而喻了。这不仅是因为RISC-V成功的开源模式，也有RISC-V高可配置性的原因在内。
 
三星
 
三星的旗舰SSD在消费级常被奉为最高标准，自然不可能在PCIe 5.0这样的高速接口上输人一筹，于是也在年内公布了其下一代PCIe 5.0服务器级SSD PM1743的信息。PM1743采用了V6 TLC的闪存，支持PCIe 5.0 1x4和2x2的配置，也与铠侠的CD7一样，选择了E3.S作为外形规格。
 
除了其写入持久度可以做到1DWPD外，三星并没有进一步透露PM1743在读写性能上的具体细节。在前不久结束的OCP大会上，三星强调在数据中心市场，从PCIe 3.0到4.0的转变花了7年时间，但从4.0转向5.0只花了3年时间，PCIe 5.0带来的带宽和吞吐量优势在HPC市场得到了充分利用。
 
PCIe 5.0 SSD主控
 
SSD主控大厂群联电子在下半年宣布，其PCIe 5.0 SSD主控方案PS5026-E26已经完成流片，E26将采用12nm制程打造，并继续使用群联的CoXProcessor架构。E26预计将在2022年下半年完成正式投产，初期将推出M.2、U.3、E1和E3等规格，满足消费级与服务器市场的需求。
 
江苏华存电子也在近期宣布，其历时多年开发的PCIe 5.0 SSD主控芯片HC9001在下半年进入流片阶段，这也是国内首款自研的12nm PCIe 5.0存储控制芯片。HC9001采用了自研的硬固件融合XSDirectA架构，接口速度最高可达128Gbps，而且加入了国密算法，因此在安全性上要更适合国内的企业/服务器用户。
 
同样在布局PCIe 5.0主控芯片的还有慧荣科技，不过根据其在财报上发布的消息，其企业级PCIe 5.0 SSD控制器要在明年下半年才会送样，大规模商用需要等到2023年。且根据其CEO的表述，其企业级SSD控制器并不会成为其销售目标的主要贡献者。想来PCIe 5.0 SSD最大的市场还是消费级产品，但其普及速度必然落后于企业级/数据中心SSD。
 
结语
 
从以上PCIe 5.0 SSD的进展看来，目前对PCIe 5.0 SSD需求最大的还是数据中心等高性能计算应用。尽管OS和处理器厂商都在推进相关软件生态，消费级应用其实仍未消化掉PCIe 4.0带来的性能提升。
 
与之一同崛起的还有EDSFF这样新的外形规格。PCIe 5.0与EDSFF结合在一起，支持到更高的容量、更高的功耗、更好的散热和更高的性能，调研机构更是指出2025年一半的SSD都将采用EDSFF。
 
由于大规模部署还要等到2022年之后，面对成本未知的PCIe 5.0 SSD，4.0 SSD究竟会不会成为迅速过渡的“牺牲品”尚未可知。但已经明朗的是，存储作为瓶颈的时代很快将一去不复返了。