無容置疑2020是非常特別的一年，疫情的初期由于防護和隔離的要求，在某種程度上影響了SSD的產(chǎn)能和銷售，然而當今高度互聯(lián)的世界很快就調(diào)整了過來，充分利用網(wǎng)絡來進行正常的商業(yè)生產(chǎn)和生活，使得寬帶，網(wǎng)絡會議，社交服務網(wǎng)站等有了急速的發(fā)展，因此也帶動了對高性能SSD的需求。

　　隨著超過100層的3D NAND的量產(chǎn)，QLC逐步被PC OEM廠商采用，NVMe標準提出了更多新的功能，SSD存儲控制也在不斷發(fā)展。為此，我們專訪了英韌科技（上海）有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、SoC設計副總裁賴的是先生。英韌科技是專注于SSD主控芯片的一家國內(nèi)企業(yè)——這家公司在短時間內(nèi)就聲名鵲起。除了產(chǎn)品之外，很大程度也是源自其最初的幾名創(chuàng)始人，包括吳子寧博士、賴的是等此前都有Marvell這類老牌企業(yè)的工作經(jīng)驗，比如吳子寧博士此前是Marvell的全球CTO，而賴的是則是東芝美國高級研發(fā)總監(jiān)。

　　在與賴的是的對話中，我們大致可以窺見企業(yè)級尤其是數(shù)據(jù)中心SSD市場發(fā)展的幾個重要趨勢，并且從中理解英韌科技預備為行業(yè)帶來的一些新的技術；同時也加深對于某些特定技術和應用發(fā)展方向的理解。

　　威剛?cè)ツ暾故镜倪_到7GB/s順序讀取速度的PCIe Gen4 SSD，采用Innogrit Rainier控制器

　　PCIe Gen5提前到來

　　賴的是在與我們對話中，首先就提到了PCIe Gen5 SSD的即將到來。這就讓人感到意外，因為目前PCIe Gen4還正在普及之中，PCIe Gen5為什么就要來了？“Gen5比想象中來得要快一些。Intel打算明年正式實現(xiàn)Gen5的支持。整個高端存儲產(chǎn)業(yè)，明年年初到年中，就會有一些Gen5的產(chǎn)品問世。大概到2023年，Gen5的產(chǎn)品可能會更多。”賴的是表示。

　　英韌科技現(xiàn)有面向數(shù)據(jù)中心的Tacoma產(chǎn)品線，“我們準備把Tacoma升級到PCIe Gen5”。同時賴的是確認了，英韌科技明年就會有PCIe Gen5的SSD控制器產(chǎn)品推向市場。

　　“事實上，每代PCIe規(guī)格產(chǎn)品的迭代大概是5-8年。Gen4的迭代可能會快一些，我們可能會以更快的速度跨入Gen5產(chǎn)品的支持。Gen6則還需要一段時間，要求也會很高?！?/p>

　　Gen4的迭代為什么會更快？賴的是補充說：“AMD在2019年7月7日發(fā)布了PCIe Gen4的chipset支持。Intel在2020的下半年才有一些對應的產(chǎn)品問世。Intel期望能夠挽回技術領導者位置，立刻就準備去支持PCIe Gen5?！?/p>

　　事實上在Intel晚于AMD近一年才推出PCIe Gen4之際，市場就猜測Intel可能會更早地跳過Gen4過渡到Gen5。在Intel的規(guī)劃表中，今年將推向市場的服務器平臺Sapphire Rapids（Willow Cove）會首次引入DDR5和PCIe Gen5支持，而且支持的通道數(shù)上限還將更高。

　　與此同時，明年推向市場的Intel首個大小核設計的Alder Lake，以及AMD Zen 4都將實現(xiàn)對PCIe Gen5的支持。另外，2019年Intel就宣布其CXL（Compute eXpress Link）緩存一致互聯(lián)就將建基于PCIe Gen5。

　　在我們看來，這是x86陣營兩名市場玩家競爭，帶動周邊I/O大跨步的體現(xiàn)。英韌科技作為PCIe Gen4 SSD控制芯片的領導者，也將抓住PCIe Gen5的科技創(chuàng)新和領先的機會?！敖窈笥㈨g的產(chǎn)品會逐步變得普及，各種應用場景都會適配?！辟嚨氖钦f，“我們會走向高端市場，比如說16個通道，再加上PCIe Gen5市場，去開辟我們的新增長點?！?/p>

　　“PCIe Gen5帶寬實際上就是PCIe Gen4的兩倍，每個通道從 16 Gb/s變?yōu)?2 Gb/s，X8就是256Gb/s。目前已經(jīng)有了100Gbps、200Gbps的Ethernet Backbone， 用PCIe Gen5 X8去連接服務器所能實現(xiàn)的吞吐量就大了很多?！?/p>

　　雖然就目前來看， PCIe Gen5 “真正走進消費用戶或數(shù)據(jù)中心，應該還需要一段時間。PCIe Gen4目前剛剛進入到數(shù)據(jù)中心領域。服務器更新一般是4-5年為一個周期，產(chǎn)品后續(xù)淘汰20%-25%。而且PCIe Gen5的產(chǎn)品也比較貴?！?想必最早的PCIe Gen5產(chǎn)品會集中在企業(yè)級應用上——正如Gen4最早應用于數(shù)據(jù)中心，如今開始普及到了消費市場。但由于當前市場的特殊性，PCIe Gen5大約的確會提前來到。先一步有PCIe Gen5的產(chǎn)品落地將是英韌科技這類技術領先的高端應用企業(yè)間的新一輪的較量，也很有可能成為新的市場格局建立的起點。

　　存儲中的AI技術

　　英韌科技聯(lián)合創(chuàng)始人、董事會董事長兼CEO吳子寧博士在FMS 2019（閃存峰會）上曾經(jīng)做過題為《怎樣通過系統(tǒng)與控制器優(yōu)化，實現(xiàn)2倍吞吐和IOPS（How to get 2x throughput and IOPS by System and Controller Optimization）》的演講。英韌科技也是較早提出“智能存儲”，或者“AI存儲”的企業(yè)之一。

　　這項技術預期是應用在英韌科技的Tacoma控制器中的，意即主要面向數(shù)據(jù)中心。

　　賴的是在采訪中向我們解釋了AI在SSD存儲中的價值?！坝袀€冷熱數(shù)據(jù)的概念，我們已經(jīng)驗證了在SSD存儲過程中對冷熱數(shù)據(jù)進行區(qū)分的實現(xiàn)方法。什么是冷熱數(shù)據(jù)呢？如果某段空間頻繁讀寫，那么這就成為了熱數(shù)據(jù)；一段空間很長時間采取讀寫一次，那么就是冷數(shù)據(jù)?！?/p>

　　“我們知道，SSD的PE cycle（Program/Erase Cycle）是有限的。如果頻繁讀寫某一段空間而不做特殊處理，就會影響整體SSD的壽命。如果能夠?qū)⒗洹釘?shù)據(jù)分開，熱的數(shù)據(jù)比如說放到SLC或者其他PE cycle更久的NAND區(qū)間，整個SSD的壽命就會增加不少。這是個使用趨勢?！?/p>

　　“對于數(shù)據(jù)中心這類應用而言，我相信這樣的技術能夠帶來性能上的提升?！彪m然賴的是很謙虛地表示目前仍在“嘗試以后會不會變成流行，能不能給客戶帶來利益”，并表示“希望它會成為趨勢”，但我們認為其發(fā)展?jié)摿θ匀皇窍喈斨醯?，足以成為企業(yè)級或至少數(shù)據(jù)中心類SSD發(fā)展的技術趨勢。

　　吳子寧博士在閃存峰會上的主題演講提到，“英韌科技找到一種方法，基于這些SCM構建低時延SSD。結合網(wǎng)絡（NVMeOF）、軟件（新型的文件系統(tǒng)）上的改進，我們能夠?qū)⒄w訪問時延縮減85%（從遠程服務器獲取數(shù)據(jù)）?！眳亲訉幉┦空f。

　　其中針對時延占比較高的SSD，下面這張圖是當時吳子寧博士提到降低SSD時延，各部分的方法。比如SCM介質(zhì)替代TLC NAND;英韌科技開發(fā)的新型ECC架構將控制器的時延降低至5ms;再加上PCIe Gen4將傳輸時間減半?！?/p>

　　這個數(shù)據(jù)應該是基于XL-FLASH（鎧俠、西數(shù)推的一種SCM），相比一般的TLC NAND實現(xiàn)了據(jù)說將近10倍的讀取時延縮減，亦極大增加了IOPS（IO per second）。

　　雖然SCM很快，但同時成本高、容量小?！币齑蠖斓拇鎯?，最符合直覺的方法應該是把TLC和SCM結合起來?！啊标P鍵是把熱數(shù)據(jù)（hot data）放進SCM中，能夠?qū)崿F(xiàn)快速存儲；而將冷數(shù)據(jù)（cold data）放進TLC中，以降低成本。“

　　不過怎么才能知道數(shù)據(jù)是”冷“的還是”熱“的呢？這其實就是”智能存儲“這個稱謂的由來。英韌科技就應用了AI，或者說神經(jīng)網(wǎng)絡。首先是做數(shù)據(jù)識別的模型訓練，喂的數(shù)據(jù)是PC用戶數(shù)據(jù)時，據(jù)說能夠?qū)崿F(xiàn)99.94%的精度；針對企業(yè)數(shù)據(jù)應用另外的模型，則可實現(xiàn)94.72%的精度?；诖嗽诳刂破髦屑尤肜?熱數(shù)據(jù)的預測器。

　　在控制器芯片中，這個預測器應該是個專門的硬件單元。輸入是用戶數(shù)據(jù)，輸出則是冷熱數(shù)據(jù)標簽（flag）。存儲管理模塊利用這些數(shù)據(jù)標簽，將對應的熱數(shù)據(jù)放到SCM中，將冷數(shù)據(jù)放進TLC NAND。當然這種設定在英韌現(xiàn)有架構的實施方案中，可能具備了更大的彈性。

　　這個架構被英韌科技稱作Tacoma架構，即利用CPU和專門的神經(jīng)網(wǎng)絡加速器進行冷熱數(shù)據(jù)的預測。應該也是英韌科技Tacoma系列產(chǎn)品名的由來。結合XL-Flash，AI技術，各種讀寫、檢索操作相比沒有應用這些技術的普通SSD（雖然keynote上并沒有明確對比對象），吞吐增加將近2倍。而且它相比由應用去說明冷/熱數(shù)據(jù)，具備了比較出色的自適應性。

　　我們特別詢問賴的是，應用于Tacoma的AI專用硬件IP，是否來自英韌科技自己?！币膊皇且婚_始就是自己的。存儲中應用AI，我們自己也一直在摸索的過程中。剛開始我們用的是NVDLA（Nvidia Deep Learning Accelerator）?！百嚨氖钦f，”后來逐步發(fā)現(xiàn)我們的方向，包括聽取了客戶的需求，跟之前有一些不符，所以我們就開始自己做?！?/p>

　　RISC-V成為選擇之一

　　去年11月份，SiFive發(fā)布的博客文章中提到SiFive和英韌科技合作，英韌科技未來的SSD控制器可能會采用SiFive 7-Series核心IP。賴的是表示，”我們一直與ARM緊密合作，目前所有的SSD控制器都使用ARM的CPU。由于RISC-V 逐步成熟，加上我們有不少客戶在要求我們對RISC-V的支持，我們開始考慮把RISC-V作為選擇之一，從而開始和SiFive以及國內(nèi)的StarFive（賽昉科技）進行了技術討論，探討未來可能的合作?！?/p>

　　”我們對SiFive和StarFive的RISC-V CPU做過一些測試，我們覺得其潛力不錯。其性能和ARM R5系列類似，設計比較靈活，同時也有某些對SSD控制比較友好的功能?！百嚨氖钦f。

　　SiFive也的確在宣傳頁上，提及SiFive面向存儲市場的的7 series。雖然我們不清楚英韌預備在未來推的產(chǎn)品具體會采用哪個IP，不過SiFive方面曾提及ISC（In-Storage Computing） SoC所需的一些關鍵特性。這些特性，實則也能幫我們更深入地理解，SSD主控芯片中的處理器，究竟有什么獨特。

　　這些特性包括：（1）低時延、實時地執(zhí)行數(shù)據(jù)移動，以及智能的損耗均衡管理，實現(xiàn)SSD壽命延長、增強SSD存儲設備的可靠性。（2）跑Linux應用，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、AI計算，在存儲設備內(nèi)執(zhí)行；也包括追蹤、debug、高級中斷控制、安全、硬件加密等。（3）”在全球范圍內(nèi)，降低商業(yè)風險，加強產(chǎn)品可用性“。

　　以上幾點看起來是相當契合英韌科技SSD控制器產(chǎn)品需求的，當然還有Silicon Proven實現(xiàn)層面的問題等等。其中技術選擇多元化、”降低商業(yè)風險“ 大約也是英韌科技作為一家中國企業(yè)，開始選擇RISC-V的原因。

　　西數(shù)一直以來就是RISC-V的支持者，2017年就宣布準備將HDD、SSD和存儲系統(tǒng)的處理器轉(zhuǎn)向RISC-V，其SweRV核心就是RISC-V架構；此前希捷面向HDD也宣布利用RISC-V控制器做HDD磁頭定位的運動控制信息處理；韓國FADU很早之前就有RISC-V SSD解決方案……或許現(xiàn)有市場環(huán)境，對RISC-V而言，是個相當難得的契機。

　　未來的更多機遇

　　英韌科技作為成立僅4年的初創(chuàng)企業(yè)，已經(jīng)實現(xiàn)了3顆芯片的流片和量產(chǎn)，產(chǎn)品落地效率還是相當之快的。所以此前CES展一些成熟的SSD產(chǎn)品上都能見到其身影。在我們看來，這類有豐富行業(yè)經(jīng)驗的技術領軍人物帶領的年輕企業(yè)，眼中的機遇大概是更能代表存儲行業(yè)未來的。除了上述幾個相關SSD的幾個重要趨勢外，賴的是在談英韌科技著眼的方向時，主要提到了兩點。

　　”一方面是PCIe，剛才已經(jīng)提到過了，我們可能會更快地跨入到Gen5產(chǎn)品的支持。“賴的是說。

　　”而在閃存方面，接口速率也在不斷提升。從800 MT/s，到1.2 GT/s、1.6 GT/s甚至更高。這也是我們要投入和保持領先的一個方向?！?/p>

　　”控制器本身要根據(jù)這兩邊的情況往前走，我們一直在做相關的開發(fā)和跟進。隨著對于這些方向的理解，AI存儲就是為了解決怎樣更高效地使用存儲的問題，存儲就成為了一個存儲系統(tǒng)。“

　　”我們在這方面都有規(guī)劃，包括數(shù)據(jù)處理的加速，還有存儲系統(tǒng)本身。比如最新的一些存儲系統(tǒng)，像是ZNS（Zoned Namespaces）、Key-Value Object storage的支持等等，都會是我們關注和投入的方面?！斑@些機遇，理論上應當也是其他SSD控制器市場玩家的機遇。

　　英韌科技目前面向市場的策略似乎是首先由Shasta、Shasta+以及Rainier，打開消費級、企業(yè)級及工業(yè)級市場，擴大產(chǎn)量和用戶群?！蔽覀冞€會有一些迭代，把性能做得更好、功耗做得更低，同時降低成本，讓客戶能夠從中受益。那么今后的產(chǎn)品會更為普及。各種應用場景都會有。包括逐步在數(shù)據(jù)中心這樣的市場上一展拳腳?！?/p>

　　面向高端客戶端、數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級應用的Rainier和Tacoma系列控制器都選擇了臺積電的12nm工藝?！敝暗腜CIe Gen3，選擇的節(jié)點是28nm，PCIe Gen4我們用的節(jié)點是12nm。簡單地說，這個節(jié)點的優(yōu)勢在die size上，12nm大概是28nm的一半。“

　　”而在功耗方面，12nm大概是28nm的40%左右。假設要是用28nm去實現(xiàn)PCIe Gen4的話，功耗會比較大?！?這應該是為英韌科技做企業(yè)市場開拓的組成部分。尤其像Tacoma這樣融合了各種尖端技術的SSD控制器，會是我們更加樂見的。