悄然席卷企业级SSD市场的RISC-V主控

电子发烧友网报道（文/周凯扬）作为近年来发展速度最快的ISA架构，RISC-V的普及速度可谓超出了不少人的预期。在消费电子、IoT以及工业控制领域，RISC-V可谓已经有了不小的核心出货量，然而在一些细分市场，RISC-V也已经开始崭露头角，比如服务器领域的CPU芯片，以及企业级SSD的主控。
 
平头哥
 
在2023云栖大会上，阿里巴巴平头哥发布了旗下首颗SSD主控芯片，镇岳510。此次发布的镇岳510直接内置了平头哥目前最高性能的玄铁R910 RISC-V多核系统，最高频率高达1.6GHz。而且此次镇岳510面向的行业市场也有所差异，作为平头哥的首个SSD主控，镇岳510选择了直接面向高性能企业级SSD主控。
 
镇岳510提供了PCIe 5.0x4的接口，支持1xxL/2xxL TLC/QLC NAND Flash，以及DDR4-3200MT/s、DDR5-5200MT/s。从镇岳510的规格书来看，其顺序读写速度分别达到了14000MB/s和10000MB/s，随机读写性能达到了3400KIOPS和2500KIOPS。
 
PCIe 5.0的高I/O性能并非镇岳510的唯一优势，平头哥表示通过良好的软硬件协同设计，镇岳510在实现性能突破的同时，也达到了最佳能效。比如其支持硬件精确的IO带宽统计，可以根据带宽来实时确定低功耗策略，并配置SSD工作于多种性能/功耗模式。
 
从商用芯片的角度来看，镇岳510是平头哥首个基于RISC-V架构且面向行业应用的芯片。虽然平头哥旗下有玄铁系列的IP阵容，但此前推出的倚天710、含光800、以及羽阵600/611等芯片，都并非基于RISC-V架构打造的，因此镇岳510的出现，或许也预示着平头哥从RISC-V IP厂商走向RISC-V芯片厂商的第一步。
 
西部数据
 
2017年，时任西部数据CTO的Martin Fink宣布将把其设备上所使用的所有内核都转换为RISC-V，而且他们会本着开源的精神去做，目标是每年出货10亿颗RISC-V核心。为此，西部数据成立的CPU开发团队，打造了自己的RISC-V核心，SweRV系列。西部数据表示，其SSD控制器将是该系列RISC-V核心首个落地的应用。
 
与其他厂商不同的是，西部数据决定通过与CHIPS Alliance合作，开源其32位的RISC-V核心，包括EH1、EH2和EL2。不过开源版本只有少数开发支持，西部数据选择了与其投资的Codasip合作，为客户提供更完整的支持方案，包括商业EDA工具设计流等。

西部数据RISC-V核心路线图 / 西部数据

 
除此之外，针对内部以及合作伙伴的应用，西部数据也开发了非开源的64位EHX3核心，并为其增加了内存管理单元，将其适用领域从嵌入式扩展到低端应用处理。此外，EHX3还增加了浮点计算引擎，进一步提升其性能。西部数据为该核心定义的应用场景包括DPU、计算型存储以及安卓、Linux移动设备等。
 
据了解，EH1内核已经被数家公司采用，而功耗更低双线程的EH2对于涉及大量I/O的应用来说能起到很大帮助，而EL2作为更小的四级流水线内核，则主要用于测序之类的应用，至于西部数据已经在生产使用EHX3为主CPU的固态硬盘控制器。
 
不过，近期西部数据在RISC-V上的动作相比前几年来说少了不少，自2021年底的RISC-V峰会上公布EH3系列核心后，已经近两年没有相关的消息公布。SweRV系列RISC-V核心是否会有后续新品出现，以及西部数据是否会在几年后开源EHX3，我们暂时都无从得知。
 
FADU
 
除了西部数据在早期就察觉RISC-V在SSD主控上的应用潜力外，韩国SSD主控厂商FADU Technology同样在几年前就率先选择了RISC-V。早在2018年，FADU就宣布使用SiFive的64位E51 RISC-V IP来打造他们的Annapurna SSD主控以及Bravo系列的企业级PCIe 3.0 SSD。
 
2020年，FADU宣布推出Delta系列的PCIe 4.0 SSD，采用了全新的FC4121主控，并表示这是其第二款基于RISC-V的闪存主控。该主控充分利用了NVMe 1.4a/PCIe 4x4的主机接口和双端口特性，专为低延迟的XL-FLASH、eTLC、cTLC和QLC闪存设计。这款主控应该还是基于SiFive的RISC-V核心，不过FADU和SiFive都没有透露具体用到了哪一款IP。
 
FADU表示，其设计消除了其他架构需要牺牲性能或降速才能解决的TPD散热问题。为此，FADU也为Delta SSD推出了面向OEM服务器和存储的U.2版本和面向大规模云的E1.S/M.2版本。从性能上看，U.2版本的Delta SSD可以分别实现7.025GB/s和5.01GB/s的顺序读写速度，以及1675KIOPS和450KIOPS的随机读写速度。

FC5161主控芯片 / FADU

 
为了进一步跟进数据中心愈发严苛的存储和I/O要求，FADU也在2021年底推出了PCIe 5.0的主控方案，FC5161，并用于其第五代SSD平台Echo上。FC5161采用了SiFive的Essential S5处理器，支持PCIe 5.0x4和PCIe 5.0x2的物理接口，以及NVMe 2.0和OCP的逻辑接口，最高支持到32TB的SSD容量。
 
根据FADU公布的ECHO性能数据可知，其顺序读写速度分别可达14000MB/s和4200MB/s，随机读写速度可达3200KIOPS和400KIOPS@OP7。ECHO SSD的工作功耗小于20W，待机功耗小于5W。
 
FADU已于今年8月成功上市，作为少有的韩国Fabless芯片与SSD厂商，还是不免受到了今年存储市场的冲击。以至于该公司也在近期发出公告澄清，表示现有客户已用其他产品取代FADU产品的担忧不实，他们现有客户的订单已经开始在第四季度恢复，且与一家国际存储厂商正在合作针对多终端客户的计划。
 
群联
 
群联作为最大的第三方存储主控厂商之一，其不少控制器芯片都是基于Arm架构打造的，然而在X1（PS5020-E20）这一企业级SSD主控芯片上，却用上了RISC-V核心。据晶心科技宣布，其 AndesCore N25F核心被用在了群联的PCIe 4.0x4 SSD控制器X1上。
 
AndesCore N25F是一个32位的RISC-V CPU IP，基于晶心科技的AndeStar V5架构打造，采用了5级流水线的设计，主打高主频性能和高能效。在丰富的特性和各种定制化选项下，N25F很适合用于嵌入式控制器。
 
群联的X1用于U.3的PCIe 4.0x4 NVMe SSD，其顺序读写速度分别可达7400MB/s和7200MB/s，4K随机读写速度可达1750KIOPS和470KIOPS。基于X1打造的SSD典型工作功耗低于18W，待机功耗为6.5W。
 
群联对基于该主控SSD的定位是面向HPC、AI计算以及大规模数据中心市场。目前希捷已经和群联达成合作，将该控制器集成在了希捷的Nytro 5050 NVMe SSD系列中。不过需要注意的是，N25F应该是作为X1中的协处理器，根据群联的公开数据，其主CPU依然是由两个Arm R5核心组成。
 
写在最后
 
得益于高灵活度、可定制化以及低功耗的特性，越来越多的RISC-V核心被用于SSD的主控芯片中。且对于目前的存储市场来说，高性价比的RISC-V SSD主控或许是一个更好的选择，在保持SSD读写性能的同时，降低设计成本。而对于RISC-V生态来说，如何打入出货量更大的消费级SSD市场将是下一个目标。