5G、人工智能、大数据、物联网、元宇宙等新一代信息技术不断发展,催生海量数据存储与交互需求,同时也推动存储技术持续进步。在需求增加与技术迭代双重作用下,存储器市场成长空间广阔,其中,企业级SSD价值将日益凸显。

 

 

什么是企业级SSD?

 

在谈企业级SSD之前,我们先来了解一下什么是SSD。

 

SSD是Solid State Drives(固态硬盘)的缩写,是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘产品,可广泛应用于移动终端、笔记本电脑、台式机、服务器和数据中心等场合。

 

SSD一般由硬件组件与固件两大部分组成,硬件组件包括主控芯片、存储芯片(DRAM、NAND Flash),其中主控芯片承担数据的读取、写入。存储芯片中,NAND Flash即闪存颗粒,是数据存储的核心介质,也是数据存储的载体,DRAM即动态随机存取存储器,主要作为缓存用以降低SSD的读写延迟,提升SSD的读写性能。

 

如果将SSD比作电脑,固件则可以看作是包含核心操作系统和应用软件的集合体,它担任着一个系统最基础最底层工作,是影响硬件设备的功能及性能的重要因素之一。

 

按照不同用途,SSD可以分为消费级、企业级及其他行业级产品。近年,随着云计算、大数据等新兴技术快速发展,互联网服务加速普及,企业加快数字化转型,数据呈现井喷状态,企业级SSD市场需求与规模不断攀升。

 

企业级SSD主要应用于互联网、云服务、金融和电信等客户的数据中心,与消费级SSD相比,企业级SSD具备更快传输速度、更大单盘容量、更高使用寿命以及更高的可靠性要求。

 

按照总线通道技术,SSD又可以分为SATA、SAS、PCIe等接口类别;按照传输层协议不同,又可以分为SCSI、ATA、NVMe。由于PCIe支持速率更高,NVMe协议针对NAND进行了优化,具备更高的效率,“PCle接口+NVMe协议” 逐渐成为企业级SSD的发展趋势。

 

目前企业级SSD以PCIe3.0 、PCIe4.0为主流。为了应对日益增长的高性能计算、高性能存储等快速发展的需求,PCIe 5.0技术兴起,该技术传输速率可达32GT/s,是PCIe4.0的两倍,带宽可达128GB/s,并具有向下兼容性,未来在主流CPU厂商支持下,PCIe 5.0有望在企业级SSD领域大规模商用。

 

企业级SSD产业格局

 

当前企业级SSD格局较为集中,在NAND Flash、主控芯片等核心技术领域,几家存储巨头掌握较高话语权。

 

NAND Flash占SSD总成本比重极高(约70%以上),是SSD的核心硬件。全球市场研究机构TrendForce集邦咨询数据显示,今年一季度全球前五大企业级SSD品牌厂商分别是三星电子、SK海力士(含Solidigm)、美光科技、铠侠与西部数据。

 

 

这五家厂商也同样是全球前五大闪存巨头,NAND Flash合计市占率高达95.6%。

 

△Source:集邦咨询(2022/5)

制表:全球半导体观察

 

除了生产NAND Flash闪存颗粒,原厂还自行研发主控芯片以及生产企业级SSD成品,其产品具备较强技术优势。

 

今年3月,美光宣布正在向合作伙伴交付企业级PCIE 4.0 SSD样品——7450系列,采用了176层3D NAND闪存,最高读取速度可达6800MB/s,写入速度为5600 MB/s。7月美光宣布232层NAND已经量产,将可为数据中心和智能边缘的移动应用和部署提供支持。得益于层数增加以及成本优化,未来美光企业级SSD出货量有望进一步提升。

 

7月,铠侠宣布PCIe 5.0 SSD已面向部分客户发货,CM7系列针对高性能、高效服务器和存储的需求进行了优化,速度可达14GB/s,容量最高可达30.72TB。

 

主控芯片领域主要有两大阵营,一是上述原厂,基本不对外出售主控芯片,不过美光的主控芯片则既用于自有产品,也出售给其他厂商;二是IC设计类主控厂商,代表企业包括美满(Marvell)、慧荣及群联电子等。Marvell是主控芯片先驱,长期占据高端市场,支持在企业和超大规模数据中心环境中使用高性能和大容量的SSD。慧荣、群联主控厂商则通过性价比优势在企业级SSD市场立足。

 

中国大陆企业级SSD产业链重点厂商介绍

 

面对日益增长的企业级SSD市场需求和激烈的竞争环境,中国大陆厂商近年快速追赶,不断完善企业级SSD布局,积极发力PCIe 3.0、PCIe 4.0甚至更高端的PCIe 5.0企业级SSD市场。

 

△Source:全球半导体观察整理

 

长江存储是中国大陆少有的NAND Flash原厂,除了向企业级SSD厂商供货闪存颗粒,近期该公司也推出了企业级PCIe 4.0 SSD产品。

 

其余厂商则主要集中在主控芯片软硬件设计(包含主控芯片、固件)以及成品模组领域,代表企业包括大普微、得瑞领新、忆联、华澜微、江苏华存电子等同时布局主控芯片与模组业务的厂商;联芸科技、得一微、国科微、忆芯科技、英韧科技等主控芯片厂商;忆恒创源、宝存科技等模组厂商。

 

部分厂商简介与最新企业级SSD业务进展如下:

 

 

长江存储(YMTC)

长江存储是一家专注于3D NAND闪存设计制造一体化的IDM集成电路企业,同时也提供完整的存储器解决方案。长江存储供应3D NAND闪存晶圆及颗粒, 嵌入式存储芯片以及消费级、企业级固态硬盘等产品和解决方案,广泛应用于移动通信、消费数码、计算机、服务器及数据中心。

 

下游成品领域,此前长江存储已经通过旗下致态品牌布局了消费级SSD产品,2020年9月新华三集团、长江存储联合发布了企业级SSD SE005,采用长江存储的闪存,容量范围覆盖240GB至1920GB,为2.5英寸形态和SATA III接口。

 

今年7月25日长江存储宣布推出首款企业级PCIe 4.0 NVMe固态硬盘PE310系列,正式进入高端企业级固态硬盘市场。该产品采用U.2接口,PCIe 4.0,NVMe1.4协议,拥有读取密集型(1.92TB/3.84TB/7.68TB)和混合应用型(1.6TB/3.2TB/6.4TB)两种产品设计,是继消费级固态硬盘、嵌入式存储器之后,长江存储在存储系统解决方案领域的重要布局。

 

 

大普微(DapuStor)

大普微是SSD主控芯片设计和智能企业级SSD定制厂商,旗下产品已广泛用于国内外主流服务器、运营商、互联网、云计算数据中心市场。 

 

2020年下半年,大普微第一款自研的PCIe Gen4主控芯片DPU600实现芯片一次流片成功,相应开发的固件与SSD产品也经过了一年多的各类客户严格测试与验证,并于2022年4月转入正式量产。基于DPU600主控芯片,大普微推出了嵘神5系列、蛟容5系列和SCM Xlenstor2系列三大PCIe Gen4产品系列。

 

大普微是全球第二家推出企业级SCM的厂商,企业级SCM产品大普微Xlenstor2基于自研主控芯片及相应固件,使用铠侠超低延时和超长寿命的XL-FLASH作为存储介质,DWPD高达100DWPD,随机读写性能最高可达1750/1340K IOPS,随机读写延时为21/8μs。在今年Xlenstor2被外媒评为英特尔傲腾系列最强劲的挑战者。

 

近期大普微宣布PCIe Gen4 企业级SSD产品已先后获得北美知名国际互联网/云计算巨头和国内电信运营商、行业客户等为代表的批量订单。此外,大普微已于7月底在美国闪存峰会,正式首发海神系列PCIe Gen5企业级SSD产品。

 

 

得瑞领新(DERA)

得瑞领新致力于存储产品及解决方案的研发生产,打造全栈级企业级SSD包括自研主控、固件、算法和模组的完整生产体系以及营销和服务的存储产业生态。

 

得瑞领新专注于企业级NVMe控制器芯片和SSD产品开发,持续迭代,七年时间成功研发三代国产企业级SSD主控芯片,八代SSD模组产品,并实现大批量交付,客户覆盖国内主流行业,包括互联网头部企业、运营商、以及服务器厂商。

 

2022年得瑞领新EMEI流片成功并实现量产,该芯片是得瑞领新自主研发的第三代面向数据中心和企业级的NVMe SSD控制器,也是得瑞领新首款支持PCIe 4.0的企业级主控,采用12nm工艺,其配套模组产品D7000系列将搭配长存的128层3D TLC NAND首发。

 

 

忆联(Union Memory)

忆联深耕企业级固态硬盘、消费级固态硬盘、嵌入式存储领域,为服务器、数据中心、个人电脑、移动终端、智能穿戴等应用提供高性能、高可靠性的产品与解决方案。

 

忆联从2011年便启动闪存自研控制器工作,同时布局企业级以及消费级控制器并完美适配忆联旗下各类固态硬盘产品,已形成高性能、高可靠性的存储解决方案:企业级包含PCIe、SAS、SATA控制器,应用于数据中心、服务器、统一存储、高性能计算、高性能数据库等领域,销售量已达百万级。

 

今年7月忆联表示公司企业级固态硬盘UH811a&UH831a与海光信息海光全系列服务器芯片完成产品兼容性认证。同时,忆联与其他国产CPU厂商的产品兼容互认证正在有序开展中。

 

 

华澜微(Sage)

华澜微提供存储控制器芯片及解决方案,产品包括存储卡、USB闪存盘、移动硬盘、固态硬盘、硬盘阵列以及大数据存储系统,广泛应用于工业控制、个人消费、企业级存储等领域,客户包括全球主流的硬盘产品和存储系统公司。

 

2021年11月,华澜微“固态存储控制器芯片关键技术及产业化”项目荣获国家科技进步二等奖,本项技术是新一代电脑硬盘、大数据存储系统的芯片级技术。

 

企业级SSD成品领域,华澜微提供SATA/SAS固态硬盘产品。

 

 

江苏华存电子(MMY)

江苏华存电子专注于存储芯片设计和存储解决方案研发,过去十年历经多个存储芯片时代更迭,成功量产流片包括PCIe Gen3,SATA Gen3,eMMC5.1,USB3.0等多代芯片。该公司成熟产品包括PCIe5.0存储控制芯片HC9001和PCIe5.0 NVME协议固态硬盘,eMMC嵌入式存储、SATA和PCIe消费级及企业级固态硬盘等。

 

面对竞争激烈的企业级SSD市场,江苏华存电子选择跨过PCIe4.0,直接进入PCIe5.0。2021年10月,该公司HC9001 SSD控制芯片完成研发并进入流片。

 

今年4月媒体报道江苏华存电子PCIe5.0 SSD主控芯片成功流片,预计将于今年下半年投入量产。PCIe5.0 SSD主控芯片工程样片已经在12代酷睿的主板上跟CPU通过PCIe5.0实现连接,产品实现量产后,将主要应用于云计算、大数据中心和企业级服务器。

 

 

联芸科技(Maxio)

联芸科技是全球固态存储控制芯片产业的标杆企业之一,也是为数不多掌握NAND Flash控制芯片核心关键技术的企业之一,其致力于为固态存储领域提供具有竞争力的高性能存储解决方案。

 

经过几年的发展,联芸科技产品已在国内、日本、韩国、俄罗斯、印度、东盟及北美、南美、欧洲、非洲等国家和地区的市场获得规模商用,可广泛应用于移动通信、消费数码、计算机、服务器及数据中心等领域。

 

针对数据中心应用的企业级SSD应用市场特点,联芸科技采用企业级SSD控制芯片进行客制化固件(FW)开发,为服务器、存储阵列、存储系统等提供高性能、高可靠、高稳定的企业级SSD产品解决方案。

 

 

得一微(YEESTOR)

得一微提供存储控制芯片、工业用存储模组、IP和设计服务在内的一站式存储解决方案,产品覆盖消费级、企业级、工业级、汽车级应用。

 

经过多年发展,得一微电子建立了通用存储(USB/SD)、嵌入式存储(UFS/eMMC/SPI-NAND)和SSD存储(SATA/PCIe)的完整存储产品线。

 

根据规划,得一微将于2023年正式推出PCIe 5.0企业级控制器,支持NVMe 2.0、以及OCP Cloud Spec 2.0。支持NVMe分区命名空间(ZNS)、开放通道SSD,智能多流、原子写、智能运维等特性,支持ONFI5.0接口。预计可提供超过顺序读14.5GB/s,顺序写12GB/s和超过300万次IOPS的性能。

 

 

国科微(GOKE)

国科微长期致力于视频解码、视频编码、固态存储、物联网等领域大规模集成电路及解决方案开发。

 

固态存储领域,国科微推出了GK2301系列、GK2302系列、GK2302v200系列等主控芯片,固态硬盘控制器芯片主要应用于企业级服务器硬盘,桌面机硬盘,笔记本硬盘等。

 

据悉,国科微SSD主控已与龙芯、鲲鹏、飞腾、麒麟等国产软硬件平台实现全面适配,并以固态硬盘的形态在长城、联想、曙光、浪潮、同方、百信等国内主流整机企业实现规模应用。

 

 

忆芯科技(Starblaze)

忆芯科技成立于2015年,业务方向覆盖消费级和企业级SSD主控芯片,该公司自主研发的高性能低功耗NVMe SSD主控已量产出货,固件解决方案已交付行业客户,支持多个知名品牌厂商推出高性能NVMe固态硬盘。 

 

今年3月,忆芯科技新一代高性能企业级PCIe4.0 SSD主控芯片STAR2000成功流片,基于12nm工艺,集成64位多核CPU和高达8TOPS算力的NPU,全面支持最新的NVMe2.0协议,面向数据中心和企业级市场,将于今年下半年推向市场。

 

此外,面向更高速率、更高带宽的PCIe 5.0 SSD时代,忆芯科技表示已启动下一代PCIe Gen5 SSD主控芯片的预研。

 

 

英韧科技(InnoGrit)

英韧科技专注全球存储技术和数据处理系统,其联合创始人吴子宁此前任职美满电子全球首席技术官(CTO),创立英韧科技后,吴子宁统领全公司科研及未来技术方向,并直接领导SSD存储控制器,硬盘控制器,无线互联和中央研发团队。

 

今年5月英韧科技推出PCIe 5.0 SSD控制芯片——Tacoma IG5669,可为数据中心带来最新一代的存储解决方案,进一步满足当前数据中心快速增长的存储及计算需求。 

 

Tacoma采用4通道PCIe 5.0接口,具有16/18个NAND通道,在支持NVMe 2.0、DDR5及ONFI 5.0等最新技术协议的同时,采用10核CPU并行的命令处理方式,充分发挥PCIe Gen5和DDR5的带宽优势,提高存储性能。Tacoma可广泛应用于高端存储领域,包括高端计算机、企业级应用、高端数据中心和人工智能等。

 

 

忆恒创源(Memblaze)

忆恒创源(Memblaze)是企业级NVMe SSD产品提供商,其推出的PBlaze系列企业级SSD已经在数据库、虚拟化、云计算、大数据、人工智能等领域广泛应用,为互联网、云服务、金融、电信等行业超过 900 家企业提供高速存储解决方案。

 

今年7月29日,Memblaze发布了PBlaze6 6531系列PCIe 4.0企业级NVMe SSD,基于Memblaze自主统一架构平台MUFP开发,在采用长江存储晶栈Xtacking®NAND颗粒的同时,利用MUFP成熟的跨平台固件算法,继承了前几代产品固件的可靠性并加以优化。

 

PBlaze6 6531系列提供写入寿命为1 DWPD的3.84TB、7.68TB容量版本,和写入寿命为3 DWPD的3.2TB、6.4TB容量版本,共4款型号。

 

 

宝存科技(Shannon)

宝存科技于2011年成立,总部位于上海,致力于开发高性能企业级SSD固态存储解决方案,旗下企业级SSD已在多个超大型数据中心中得以广泛应用。2015年,宝存科技被主控芯片厂商慧荣科技全资收购。

 

2021年10月,宝存科技推出了PCIe NVMe SSD Gen4企业级存储系列SP4E/SP4X系列。

 

SP4E/SP4X系列采用慧荣科技SM8266主控芯片,搭载16通道的PCIe Gen4 NVMe企业级主控方案,搭配宝存科技独有的性能优化算法固件,可为企业级存储带来高读取IOPS、低延迟与高耐用性的PCIe Gen4 NVMe固态硬盘,满足包括数据库,OLTP/OLAP,云计算,大数据分析,高频交易及检索在内的数据中心各种应用及工作负载的性能需求。

 

结语

 

企业级SSD市场前景广阔,尽管当前市场以三星、美光、美满电子等一线巨头主导,但随着存储市场不断发展,中国大陆厂商不断布局、奋发图强,未来企业级SSD市场替代空间巨大,大陆厂商也将有望在企业级SSD产业链中发挥日益重要的作用。