近年來，半導(dǎo)體行業(yè)受到各方市場關(guān)注，而在狂飆突進(jìn)的兩年之后，整個(gè)行業(yè)都陷入深水區(qū)，存儲(chǔ)行業(yè)也陷入周期性波動(dòng)之中，但國產(chǎn)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展卻絲毫沒有停歇，英韌科技正是逆流而上的國產(chǎn)主控廠商代表之一。
英韌科技作為一家無晶圓半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)公司，自2017年由半導(dǎo)體資深團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立以來，已成功量產(chǎn)7顆主控芯片，覆蓋消費(fèi)類到企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)領(lǐng)域，提供存儲(chǔ)主控芯片和固態(tài)硬盤解決方案，獲得海內(nèi)外存儲(chǔ)廠商的廣泛認(rèn)可。
以下內(nèi)容節(jié)選自閃存市場對(duì)英韌科技聯(lián)合創(chuàng)始人吳子寧博士的專訪
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受訪人吳子寧博士畢業(yè)于清華大學(xué)，在斯坦福大學(xué)取得博士學(xué)位，擁有超過300項(xiàng)專利。創(chuàng)立英韌科技之前，吳子寧博士為納斯達(dá)克上市公司美滿電子科技（Marvell Technology Group Ltd）全球首席技術(shù)官（CTO）。
1.存儲(chǔ)市場變化
回顧這輪存儲(chǔ)周期的變化，來自遠(yuǎn)程應(yīng)用端的需求大爆發(fā)，晶圓產(chǎn)能緊缺的背景下，產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商積極建立庫存，推升全球存儲(chǔ)市場規(guī)模上破1600萬美元?jiǎng)?chuàng)新高。然而好景不長，宏觀經(jīng)濟(jì)的惡化令消費(fèi)需求快速降溫，強(qiáng)周期性的存儲(chǔ)市場急轉(zhuǎn)直下，近季度原廠庫存持續(xù)走高，下游廠商降低庫存按需備貨。那么作為銜接NAND原廠和SSD模組的存儲(chǔ)主控商，波云詭譎的存儲(chǔ)市況對(duì)英韌帶來了哪些影響？
來源：CFM閃存市場
對(duì)于周期性極強(qiáng)的存儲(chǔ)市況，吳子寧博士直言，存儲(chǔ)行業(yè)一直便是處于起起伏伏的周期變化中，并且存儲(chǔ)行情有明顯的放大效應(yīng)，存儲(chǔ)供需2%~3%的不匹配，就足以導(dǎo)致行情波動(dòng)被市場放大。加上在此前價(jià)格上升時(shí)期，不斷擴(kuò)充的存儲(chǔ)產(chǎn)能，使得市場需求回落后，存儲(chǔ)行情陷入了低谷期。而對(duì)于在原廠和模組廠之間的主控廠商，受存儲(chǔ)周期波峰波谷的影響稍微平緩一些。Fabless模式下的英韌，不需要重資產(chǎn)去運(yùn)作晶圓廠，基本是按照實(shí)際需求的變動(dòng)去調(diào)整投片生產(chǎn)，沒有過度擴(kuò)產(chǎn)帶來的庫存壓力，存儲(chǔ)行情的強(qiáng)波動(dòng)性對(duì)于英韌這類主控廠商而言，帶來的影響會(huì)稍微小一些。按照周期滾動(dòng)向前的發(fā)展規(guī)律，存儲(chǔ)行情回落至谷底后還會(huì)重拾上升動(dòng)力。全球數(shù)據(jù)體量的持續(xù)增長，正是存儲(chǔ)需求最為堅(jiān)實(shí)的動(dòng)力來源。
雖然現(xiàn)在消費(fèi)終端出貨量確有下滑，但在存儲(chǔ)細(xì)分領(lǐng)域依然涌現(xiàn)了一些增長的應(yīng)用趨勢。疫情時(shí)期透支部分PC需求后，當(dāng)下市場顯然更看重性價(jià)比。而英韌RainierQX IG5220作為四通道Dram-less的PCIe 4.0主控，采用12nm FinFET CMOS制造工藝，HMB功能下兼具性能、成本和功耗優(yōu)勢，配合QLC NAND經(jīng)濟(jì)型顆粒，獲得了消費(fèi)類市場的青睞。而主流的TLC SSD采用的還是2K LDPC，英韌主控完全自主研發(fā)的第三代LDPC ECC技術(shù)，已經(jīng)是第二代4K LDPC糾錯(cuò)技術(shù)，極大地降低了系統(tǒng)UBER(不可糾錯(cuò)誤碼率Uncorrectable Bit Error Rate)，使得QLC SSD滿足日常需求綽綽有余。
2.NAND發(fā)展趨勢
另一方面，存儲(chǔ)原廠也正在持續(xù)推進(jìn)QLC NAND的迭代升級(jí)，尤其放大了QLC NAND的讀取優(yōu)勢，與讀取密集型應(yīng)用場景相適配。譬如Solidigm正在積極擴(kuò)大QLC NAND應(yīng)用，Solidigm最新192層QLC NAND相比于第一代QLC NAND，program速度提升2.5倍，隨機(jī)讀性能提升5倍，讀延遲降低1.5倍。隨著更多原廠推出新一代QLC NAND，QLC SSD將在消費(fèi)型PC市場加速滲透。
來源：CFM閃存市場
顯然，NAND Flash朝著密度更大、單位成本更低、I/O性能越高的方向演進(jìn)，如此發(fā)展趨勢，就意味著NAND Flash對(duì)主控芯片性能的要求變高，需要主控對(duì)閃存進(jìn)行更好的優(yōu)化、糾錯(cuò)、資源分配等管理，并支持更快的傳輸協(xié)議和接口速度，從而把NAND Flash的高性能徹底發(fā)揮出來。
英韌作為主控芯片商，很早就瞄準(zhǔn)了NAND Flash的發(fā)展方向。吳子寧博士表示，英韌從設(shè)計(jì)控制器開始，就把QLC NAND的寫入特性考慮進(jìn)去，優(yōu)化磨損均衡去適配QLC的擦寫次數(shù)，從底層硬件到固件調(diào)適，設(shè)定了適配QLC NAND的要求。英韌早在成立之初，就與鎧俠等原廠在QLC方面開展合作?；谔赜械膶＠幗獯a技術(shù)，英韌于2018年成功研發(fā)并全面啟用4K LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)Low-Density Parity-Check）糾錯(cuò)技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于自主研發(fā)的消費(fèi)級(jí)和企業(yè)級(jí)主控芯片中（如Shasta+和Rainier），極大地降低了系統(tǒng)不可糾錯(cuò)誤碼率，引領(lǐng)了糾錯(cuò)編解碼技術(shù)在行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。目前英韌的PCIe SSD各類主控芯片Shasta+及Rainier系列均支持4K LDPC，糾錯(cuò)能力可以完全覆蓋QLC NAND。
綜合來看，這種四通道下的Dram-less PCIe 4.0與QLC NAND的組合方案，與主打自主4K LDPC技術(shù)的英韌契合度極高，不僅能夠減少高性能主控的功耗對(duì)SSD帶來的散熱壓力，同時(shí)還兼具高速性能和大容量低成本的性價(jià)比。對(duì)于消費(fèi)端而言，PCIe 4.0 Dram-less的QLC SSD既可擁有大容量高性能低功耗的存儲(chǔ)體驗(yàn)，價(jià)格又更加適中，正好處于PCIe 4.0旗艦和PCIe 3.0旗艦之間的價(jià)格折中區(qū)間，如此便讓PCIe 4.0 SSD有了更好的性價(jià)比。
3. PCIe接口的SSD
對(duì)于主控產(chǎn)品的類型而言，主要分為SATA和PCIe，其中SATA使用的是AHCI通訊協(xié)議，PCIe使用NVMe通訊協(xié)議。AHCI是早期基于機(jī)械硬盤的設(shè)計(jì)，并不適用于低延時(shí)的閃存，為了釋放高密度高性能NAND的最大潛力，在SATA 3.0發(fā)布的同年，英特爾、三星、Marvell等90多個(gè)企業(yè)，開始著手為SSD量身定制NVMe協(xié)議。以將閃存性能完全激發(fā)出來為目標(biāo)，NVMe標(biāo)準(zhǔn)自設(shè)計(jì)起就充分利用了PCIe接口的低延時(shí)和并行性，允許SSD通過PCIe直連CPU，大幅提高帶寬和降低延時(shí)。
總得來說，SATA SSD的競爭對(duì)手主要是機(jī)械硬盤，為SSD的應(yīng)用普及功不可沒，早期更是對(duì)2.5英寸機(jī)械硬盤形成降維打擊。從傳輸性能來看，SATA SSD對(duì)比機(jī)械硬盤有明顯優(yōu)勢，SATA SSD傳輸速率最高達(dá)到550MB/s，是100MB/s上下的機(jī)械硬盤的五倍。不過隨著PCIe通訊協(xié)議的快速發(fā)展，SATA與機(jī)械硬盤相比的優(yōu)勢在PCIe面前變成了劣勢。市場選擇SATA更多的是因?yàn)?ldquo;以價(jià)換量”，相同容量下SATA SSD價(jià)格更劃算，又或者說以同樣的成本，SATA SSD的存儲(chǔ)容量會(huì)比PCIe SSD更大。
但在這輪存儲(chǔ)下行周期中，決定SSD成本和容量的閃存顆粒價(jià)格跌幅更深，短短一年間，以相同價(jià)格可以在市場中購入之前雙倍容量的SSD。尤其512GB、1TB的主流SSD市場，被PCIe SSD快速占領(lǐng)。促使SATA SSD市場份額不斷被擠壓，企業(yè)級(jí)應(yīng)用集中在成本優(yōu)勢更明顯的數(shù)TB級(jí)存儲(chǔ)，與機(jī)械硬盤爭奪數(shù)TB級(jí)別的系統(tǒng)盤市場。
即便刨除短期行情帶來的變化，從長期發(fā)展的角度來看，在日新月異的市場發(fā)展規(guī)律面前，長期停滯不前的技術(shù)終有一天也會(huì)被市場拋棄。SATA傳輸性能定格在600MB/s后便難有提升，而這是早在2009年就定義的SATA 3.0傳輸速度。反之NVMe自設(shè)計(jì)起就充分利用PCIe接口特性，自2011年問世起便快速迭代發(fā)展，最新的NVMe 2.0針對(duì)企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)特性進(jìn)行補(bǔ)充，做出更加模塊化的規(guī)范。那么不斷追求創(chuàng)新技術(shù)的英韌，一直以來也是集中力量發(fā)展PCIe主控。
4.英韌科技概況
英韌科技的主要產(chǎn)品為SSD主控芯片和數(shù)據(jù)中心SSD解決方案，從已經(jīng)量產(chǎn)的7顆主控芯片來看，英韌產(chǎn)品主要集中在PCIe主控，PCIe Gen4主控Rainier實(shí)現(xiàn)了目前市場上PCIe主控芯片的最強(qiáng)性能和最低功耗。其采用12nm先進(jìn)制程，在不工作時(shí)降低或者關(guān)閉時(shí)鐘頻率，針對(duì)LDPC會(huì)有大量片內(nèi)存儲(chǔ)器訪問，導(dǎo)致功耗高的問題進(jìn)行改進(jìn)，使得英韌主控內(nèi)部數(shù)據(jù)搬遷極少，大幅降低了功耗水平，并對(duì)LLR Table的選擇做了很多優(yōu)化，不刻意追求高精度。
另外，隨著新型NAND Flash存儲(chǔ)密度提高，從4-plane增加到6-plane，NAND本身的I/O性能得到大幅提升，能效比顯著提升，也需要與制程更先進(jìn)、性能更高的PCIe主控相互成就。
對(duì)于主打PCIe主控的英韌，需要面對(duì)的是PCIe主控前期高昂的沉沒成本，吳子寧博士對(duì)此表示，開發(fā)主控芯片前，英韌首先會(huì)評(píng)估投入產(chǎn)出比，以及財(cái)務(wù)層面ROI等各項(xiàng)指標(biāo)，做足前期準(zhǔn)備后再進(jìn)行產(chǎn)品的投入開發(fā)。主控賽道競爭激烈，有先發(fā)優(yōu)勢的主控廠商率先站穩(wěn)市場，并進(jìn)入研發(fā)量產(chǎn)的良性循環(huán)。英韌一直有著鮮明的市場定位，在英韌的基因里，追求著先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新科技，敢于走在行業(yè)的前列，確保每一代技術(shù)更迭中都處于主動(dòng)出擊的一方。
通過吳子寧博士對(duì)英韌的闡述，可以看出英韌鮮明的企業(yè)文化，這也在英韌名字的背后皆有體現(xiàn)——英韌的公司名字來源于Innovation（創(chuàng)新）和Grit（堅(jiān)韌）。在未來，英韌也將繼續(xù)秉持這兩個(gè)信念，以自研國際最先進(jìn)產(chǎn)品、技術(shù)為目標(biāo)，與更多的產(chǎn)業(yè)合作伙伴攜手，研發(fā)及優(yōu)化各應(yīng)用場景解決方案，擴(kuò)大國產(chǎn)固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)及產(chǎn)品在國際領(lǐng)域內(nèi)的影響力、領(lǐng)導(dǎo)力。
