PCle标准演进、NAND技术迭代，企业级SSD如何突破设计难点

电子发烧友报道（文/莫婷婷）近年来，数据中心、云计算等相关技术不断演进，机器学习、数据分析、高性能渲染等新兴应用推动SSD（固态硬盘）的发展。在企业级市场，SSD正面临着新兴应用带来的设计挑战。
 
一是接口速度越来越快，从PCle Gen3，Gen4，Gen5，如今Gen6的标准也正式提出。二是NAND技术也从高堆叠层数一直推演到I/O 的速度不断提升。三是NVMe标准也在不断演进。SSD不仅仅面临设计上的挑战，慧荣科技市场营销暨研发资深副总裁段喜亭表示，制造商采取的技术也要有严谨的讨论，其目的就是为了能够找到性能与功耗之间平衡的解决方案。
 
在PCle标准方面，其演进的趋势最主要是体现在传输速率上，从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 的传输速率在演进。这个速度所带来的提升也造就了设计上的困难与挑战。尤其是当速度提升时，在主控一体架构设计上就必须考量到CPU的资源分配、data path等方面，什么样架构上的演变或者改进能够对应到速度更进一步的提升，这样才能让PCle在演进时将效能提升到应有的水准。
 
在PCle规格演进时，还需要考虑到DDR接口加速以匹配PCle接口，尤其是在主控运行时，要避免在设计上面的瓶颈。所以当PCle传输速率变成双倍、4倍甚至更大时，需要做出相应的改变让延迟降到最低，并且符合PCle每一代所要求的效能。
 
在NAND技术方面，慧荣科技不仅仅是在TLC、QLC上进行研究，在PLC上的研究也在加速推进。除了对应堆叠层数的增加，段喜亭提到，NAND技术的迭代，让SSD在设计过程中需要有更强大的LDPC纠错功能，以及先进的NAND管理演算法。
 
在标准的演进方面，NVMe每一代标准的演进都加入了新的功能，给企业级存储带来的设计上的挑战也越来越大。此外，基于PCIe Gen5，CXL协议作为新的标准出现，在存储市场掀起水花，成为企业级存储技术所关注的另一维度。目前，澜起科技已经发布了CXL内存扩展控制器，慧荣科技也表示将拓展CXL应用到企业级存储中。
 
为了解决数据中心和企业存储面临的新的挑战，慧荣科技在2022年7月推出第三代可定制化编程式PCIe Gen5 SSD解决方案平台——MonTitan。根据介绍，该平台具有更新更强大的SSD企业级主控芯片，提供了支持传统的参考形式、最新EDSF参考设计套件，并且支持带来了企业级固件。
 
其中，上述提到的SSD企业级主控芯片是慧荣科技的PCIe Gen5 x 4 SM8366，支持NVMe 2. 0，带有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，顺序读/写为14GB/s，随机读/写为3/2.8M IOPS。
 
据了解，宝存科技已经开始开发SM8366方案，预计将推出B58R U.2 8 TB解决方案，以及WDS E3.S 2t 16TB的解决方案，连续读取能达到SM8366最大的效能14GB/s，随机读取性能能达到3M IOPS。
当下，消费级存储市场面临着多重挑战，但企业级存储市场依旧保持增长。IDC预测，到2025年我国的数据将达48.6ZB，存储容量与数量等各方面都面临着挑战。随着存储厂商不断突破技术瓶颈，预计企业级存储市场将得到新的增长动力。