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克服SSD大容量储存需求的挑战
专访快闪记忆体控制晶片商慧荣科技

【作者: 王景新】2019年07月24日 星期三

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在自有SSD品牌之外的市场,慧荣科技是占有率最大的快闪记忆体控制晶片商,旗下的控制器方案可支援三星、SK海力士、东芝、威腾、英特尔、美光、长江存储等多家的快闪记忆晶片。因此,对於SSD的储存控制技术有着极深厚的理解,尤其在当前大容量储存年代,控制晶片将是影响效率与稳定性最关键的一环。



图一 :  慧荣成立20年以来,一直都在快闪记忆体控制器领域耕耘。(Source:慧荣科技)
图一 : 慧荣成立20年以来,一直都在快闪记忆体控制器领域耕耘。(Source:慧荣科技)

慧荣科技产品企划部协理黄士德表示,不像其他常见DRAM/SRAM等动态、静态记忆体,系统中快闪记忆体很少跟主机直接接在一起,必须透过快闪记忆体控制晶片跟主机连结。


慧荣成立20年以来,一直都在快闪记忆体控制器领域耕耘,随着时代演进提供客户不同应用的控制晶片,最早SD记忆卡、Micro SD、随身碟,再到手机里的eMMC与UFS,一直到现今SATA、PCIe SSD固态硬碟。


QLC技术难度高 如何降低错误率是关键


图二 : 慧荣科技产品企划部协理黄士德。(摄影/王景新)
图二 : 慧荣科技产品企划部协理黄士德。(摄影/王景新)

「因为主机资料无法直接写入快闪记忆体,快闪记忆体控制晶片转换主机传来的位址,将资料快速写入,并且在不同的使用场景中都能有优异的性能表现,成为快闪记忆体控制晶片技术上的关键。」黄士德说。


其次,DRAM/SRAM理论上用再久都不会磨损,快闪记忆体比较容易耗损,被视为寿命有限,如何透过平均耗损技术,使得单一位元耗损平均化,以及发生不可预测错误模式时,控制晶片如何补偿它,避免资料丢失,「这些技术就是控制晶片特别的地方。」


慧荣科技身为独立控制晶片开发厂商,产品支援不同家、不同世代的快闪记忆体,是稳占第一品牌的主因。黄士德解说,2D快闪记忆体经由制程微缩,「但发展到十几奈米後发现微缩不下,转为3D垂直方式堆叠。」32层之後,现阶段64层是主流,96层将於下半年问世,明年将可见到128、144层。



图三 : SM2271是新型SATA SSD解决方案,用以取代使用於企业储存、资料中心和工业储存系统中的较低效能的HDD。(Source:慧荣科技)
图三 : SM2271是新型SATA SSD解决方案,用以取代使用於企业储存、资料中心和工业储存系统中的较低效能的HDD。(Source:慧荣科技)

此外,同样一个晶片,一个单元又可分为三个bit的TLC跟一个单元四个bit的QLC,控制晶片要做得非常有弹性。黄士德比喻,TLC像一个房子住三个人;QLC则像是住四个人,「住愈多人愈容易出错,技术也最难。」因应最新世代,目前英特尔、美光都有推出QLC产品,也都是使用慧荣科技的控制晶片,「证明我们走在时代尖端。」


慧荣科技针对不同世代,保留设计弹性对应单一晶片不同韧体,「快闪记忆体本身单元又有出错可能性,因而必须在控制晶片中导入错误纠正引擎ECC,目前要支持最新世代的TLC与QLC,必须使用到LDPC的错误纠正引擎,我们已经投入LDPC研发长达十年的时间,也因此我们能得到国际大厂的信赖,和我们一起研发QLC的SSD控制晶片。」


不只速度 低功耗也是要点之一

何以高效能、低功耗对控制晶片来说也如此关键,黄士德说,SATA迈向PCIe,频宽足足多了六倍,「控制晶片效能变化容易被看出来,高性能变得重要。」而且不像随身碟相对简单,连续读、连续写,SSD控制晶片因为在PC、Notebook中搭配不同应用程式,须在不同工作负载场景下均有优异性能,一般来说,高性能容易导致高功耗,容易当机、发热,使用时间减短。


慧荣科技产品主攻高性能、低功耗,「这是我们一直不断努力,力求进步的地方。」


新型笔记性电脑愈来愈常使用PCIe作为SSD的介面,慧荣科技所提供的SSD控制晶片性能高、功耗低,加上软硬体充分结合慧荣科技的独家LDPC错误纠正引擎将可延长SSD平均寿命。「跟其他竞争者来比起来,我们功耗最低。」黄士德说。


「快闪记忆体厂商都很放心把SSD projects产品开发案交给我们。」慧荣科技SATA、PCIe全系列提供一站式解决方案,无论中低端、高端,一次满足客户不同层级需求,「不仅仅服务台湾本地、中国大陆,Intel所有消费性SSD控制晶片都是使用我们的产品,性能、价格、服务,慧荣都备妥了。」


「垂直分工当道,Turnkey解决方案不只是提供单颗控制晶片,包括:软韧体,PCB设计方案,量产工具,慧荣全准备好。」黄士德以快闪记忆体控制晶片出货数量来估算,慧荣科技确实是业界龙头。此外,除了备妥不同方案,独立研发部门服务,更成立专属团队分别服务国际大厂、本地客户,若国际大厂有商业机密考量,团队并设置防火墙,确保机密安全。「慧荣科技不跟客户竞争,纯粹生产快闪记忆体控制晶片,持续精进技术,不买卖快闪记忆体卖赚价差。」


SSD介面将由SATA转向PCIe 企业应用市场大


图四 : SM2270则是全球第一款支援标准NVMe 和Open Channel技术,并已进入量产阶段的PCIe SSD控制晶片。(Source:慧荣科技)
图四 : SM2270则是全球第一款支援标准NVMe 和Open Channel技术,并已进入量产阶段的PCIe SSD控制晶片。(Source:慧荣科技)

谈到三到五年展??,黄士德说,未来SSD介面将由SATA转向PCIe的趋势底定,Gen3、Gen4、Gen5,储存愈来愈快,满足频宽。「目前有些新的非挥发性记忆体如Intel Optane、Phase Change Memory、R-RAM、M-RAM,比起快闪记忆体快非常多,Gen4混合式SSD是否能脱颖而出,是持续观察的地方。」即一个SSD上面,用这些Emerging Memory作为快取,再搬到SSD。


慧荣科技也在2019 OCP Global Summit发表全新高效能企业级SATA SSD控制晶片解决方案 SM2271,提供完整的ASIC及 Turnkey韧体,支援容量可高达 16TB,满足企业及资料中心应用所需的大容量、高效能、稳定的需求。


SM2271是一款八通道高效能企业级SATA SSD 控制晶片的解决方案,支援最新3D TLC和QLC快闪记忆体技术,充分发挥SATA介面的频宽,实现最大循序读写速度达540MB/s、520MB/s。可支援大容量SSD以及满足针对读取密集型工作负载的严苛要求,使用户能够以低成本维持现有的 SATA 介面储存基础架构的效能优势,可提供比消费级 SSD 更低的延迟及更可靠的资料读写操作。


SM2271通过先进的256位元AES加密引擎以及完全符合美国TCG制订的Opal加密标准,可以确保资料安全性,是新型SATA SSD设计的理想解决方案,用以取代使用於企业储存、资料中心和工业储存系统中的较低效能的HDD。


另一款SM2270则是全球第一款支援标准NVMe 和Open Channel技术,并已进入量产阶段的PCIe SSD控制晶片,利用慧荣科技在NAND控制晶片技术,以及资料中心SSD储存系统知识,让SM2270成为云端伺服器和资料中心储存应用的绝隹选择之一。


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