主控芯片大亂斗，“存算一體”將如何改變企業(yè)級(jí)SSD?

2021年12月國務(wù)院印發(fā)“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型邁上新臺(tái)階的要求，自上而下明確數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向。全球范圍內(nèi)數(shù)字經(jīng)濟(jì)占比持續(xù)提升，根據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2020年內(nèi)全球企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)支出達(dá)1.3萬億美元，預(yù)計(jì)到2024年支出將增長至2.4萬億美元，同期非數(shù)字化轉(zhuǎn)型的ICT投資將以-1.6%的CAGR收縮。

新興業(yè)務(wù)場景驅(qū)動(dòng)下，企業(yè)對(duì)于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性需求正在不斷增加：根據(jù)IDC預(yù)測，全球?qū)崟r(shí)性數(shù)據(jù)占比將從2019年的19.3%增加到2024年的24.4%，這一需求正在擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，如大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等。實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)為企業(yè)提供動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)分析的基礎(chǔ)，以快速作出數(shù)據(jù)響應(yīng)。從應(yīng)用來看，云計(jì)算、信創(chuàng)、邊緣計(jì)算都顯著拉動(dòng)了SSD的增量。艾瑞咨詢指出，企業(yè)級(jí)SSD下游客戶主要來自云計(jì)算，占總市場規(guī)模的份額達(dá)到67%，企業(yè)級(jí)SSD將充分受益云基礎(chǔ)設(shè)施增量。根據(jù)艾瑞咨詢預(yù)測，2021、2022、2023中國企業(yè)級(jí)SSD市場規(guī)模同比增長26%、37%、28%，于2025年達(dá)到489億元人民幣。

全球流量持續(xù)爆發(fā)增長，進(jìn)一步推動(dòng)企業(yè)級(jí)SSD?市場快速成長。

為什么需要企業(yè)級(jí)SSD？

企業(yè)級(jí)SSD（Solid State Drive）是一種高速、可靠的存儲(chǔ)設(shè)備，適用于企業(yè)級(jí)應(yīng)用。按照不同應(yīng)用場景，SSD可以分為消費(fèi)級(jí)、企業(yè)級(jí)和軍工級(jí)產(chǎn)品。消費(fèi)級(jí)SSD廣泛應(yīng)用于電腦設(shè)備、移動(dòng)終端、商業(yè)電子、車載應(yīng)用及智能穿戴等場合，企業(yè)級(jí)SSD主要面向互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、云計(jì)算等企業(yè)級(jí)用戶，與消費(fèi)級(jí)SSD相比，企業(yè)級(jí)SSD?需要具備更快傳輸速度、更大單盤容量、更高使用壽命以及更高的可靠性要求。

與傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤相比，企業(yè)級(jí)SSD使用閃存存儲(chǔ)介質(zhì)，具有更快的讀寫速度、更低的延遲和更高的穩(wěn)定性。企業(yè)級(jí)SSD通常具有更高的容量、更高的耐久性和更多的安全功能，可以滿足企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的高要求。企業(yè)級(jí)SSD可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、虛擬化技術(shù)等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域，高速、可靠、安全的存儲(chǔ)設(shè)備是非常重要的，企業(yè)級(jí)SSD的應(yīng)用也越來越廣泛。

從2020年開始，全球企業(yè)級(jí)SSD支出已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的企業(yè)級(jí)機(jī)械硬盤，并且還處于加速增長中。這一趨勢的原動(dòng)力就是海量的數(shù)據(jù)和AI、5G技術(shù)興起所帶來的存儲(chǔ)需求不斷增長，使得企業(yè)級(jí)SSD被廣泛應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、金融和電信等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)中。

從應(yīng)用行業(yè)來看，企業(yè)端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的大幅放量將帶動(dòng)企業(yè)級(jí)SSD存儲(chǔ)量的快速增長。數(shù)據(jù)存取方式的轉(zhuǎn)變可以大致分為三個(gè)階段：

第一階段是20世紀(jì)末，PC為代表的個(gè)人消費(fèi)電子出現(xiàn)，數(shù)據(jù)的大部分存儲(chǔ)和使用都主要發(fā)生在個(gè)人娛樂和媒體端，主要依賴本地形式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

第二階段是21世紀(jì)初（2010年前），IT基礎(chǔ)設(shè)施日益完善，數(shù)據(jù)開始向移動(dòng)設(shè)備及網(wǎng)上存取轉(zhuǎn)換。2010年，近50%的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用于娛樂目的，以DVD和藍(lán)光光盤為代表的磁存儲(chǔ)市場占比較大。

第三階段為2010年至今，主流視頻消費(fèi)模式轉(zhuǎn)向流媒體服務(wù)，企業(yè)基礎(chǔ)架構(gòu)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)份額隨上升，而娛樂設(shè)備存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)開始下降。社交媒體、大數(shù)據(jù)分析、高清視頻和云計(jì)算等新型產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶來高速訪問的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，尤其是云端存儲(chǔ)的興起增加了企業(yè)的數(shù)據(jù)使用。下游行業(yè)的數(shù)據(jù)需求轉(zhuǎn)換帶來企業(yè)級(jí)SSD的快速增長。

在大數(shù)據(jù)需求的不斷增長過程中，服務(wù)器CPU創(chuàng)新從5-7個(gè)季度轉(zhuǎn)換到4-5個(gè)季度，技術(shù)迭代在加速。流量增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過服務(wù)器增長速度，也表明服務(wù)器的存儲(chǔ)密度提升也在加速。隨著CPU主頻的不斷提升，從單核到雙核，再到多核；CPU的處理速度越來越快，而存儲(chǔ)硬盤的讀寫速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上CPU的讀寫速度。在這種情況下，SSD相比傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤擁有更多優(yōu)點(diǎn)：

高速讀寫：SSD比傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤具有更高的讀寫速度和更低的延遲。這使得企業(yè)可以更快地存取數(shù)據(jù)，加速了應(yīng)用程序的響應(yīng)速度，提高了工作效率。

高容量和穩(wěn)定性：企業(yè)級(jí)SSD通常具有更高的容量和更高的耐久性，可以承受更大的工作負(fù)載。而且，SSD沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因此比傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤更加穩(wěn)定，可以減少數(shù)據(jù)丟失和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

節(jié)省能源：相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤，SSD使用更少的能源，減少了企業(yè)的能源消耗和成本。

提高數(shù)據(jù)安全：企業(yè)級(jí)SSD通常具有更多的安全功能，如數(shù)據(jù)加密、磁盤擦除等，可以更好地保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)的安全和隱私。

適用于各種應(yīng)用場景：企業(yè)級(jí)SSD可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、虛擬化技術(shù)等領(lǐng)域，可以滿足不同領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的高要求，提高企業(yè)的業(yè)務(wù)效率和競爭力。

企業(yè)級(jí)SSD的市場現(xiàn)狀

2021年中國企業(yè)級(jí)SSD市場份額，來源：IDC中國

從市場現(xiàn)狀來看，企業(yè)級(jí)SSD的主要玩家包括英特爾、西部數(shù)據(jù)、三星電子、東芝存儲(chǔ)器等。在越來越多的企業(yè)踐行數(shù)字化優(yōu)先戰(zhàn)略的大背景下，中國企業(yè)級(jí)SSD市場取得長足發(fā)展，2021年市場規(guī)模增長16.2%，達(dá)到32.8億美元，約占全球市場的16.9%。英特爾和三星依托技術(shù)生態(tài)、供應(yīng)鏈整合等能力要素處于主導(dǎo)地位，市場占比合計(jì)接近70%。憶聯(lián)、憶恒創(chuàng)源、浪潮、大普微等本土廠商實(shí)力正在快速提升，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，有望改變當(dāng)下相對(duì)穩(wěn)定的市場格局。

2022Q1全球企業(yè)級(jí)?SSD品牌廠商營收排行，來源：TrendForce

根據(jù)TrendFocus統(tǒng)計(jì)，三星的企業(yè)級(jí)SSD出貨容量超過所有其他供應(yīng)商的總和，穩(wěn)坐企業(yè)級(jí)SSD市場第一。而在2019年第三季度，英特爾和三星各自占企業(yè)SSD出貨容量的35%左右，現(xiàn)在三星以55%左右的市場份額占據(jù)主導(dǎo)地位。2021年12月英特爾SSD業(yè)務(wù)出售給SK海力士（圖中Intel份額實(shí)際歸屬海力士）SSD業(yè)務(wù)，這部分業(yè)務(wù)其市場份額已降至16%左右。

全球企業(yè)級(jí)SSD品牌前五家廠商同樣也是全球前五大閃存巨頭，NAND Flash?合計(jì)市占率高達(dá)95.6%。除了生產(chǎn)NAND Flash?閃存顆粒，原廠還自行研發(fā)主控芯片以及生產(chǎn)企業(yè)級(jí)SSD成品，其產(chǎn)品具備較強(qiáng)技術(shù)優(yōu)勢。

主控芯片玩家盤點(diǎn)

主控芯片在SSD中的作用相當(dāng)于電腦的CPU，其通過固件對(duì)固態(tài)硬盤進(jìn)行管理，所以主控性能的優(yōu)劣直接影響了固態(tài)硬盤整體的性能表現(xiàn)。

SSD驅(qū)動(dòng)原理框圖

現(xiàn)在很多SSD主控都使用Arm處理器架構(gòu)，通常選擇Cortex-R系列。除了Arm的R系列內(nèi)核，也有選擇其他處理器內(nèi)核的，比如美國Synopsys公司的ARC處理器。還有部分SSD廠家采用RISC-v架構(gòu)、MIPS架構(gòu)等。對(duì)于SSD來說，主控芯片的好壞直接決定了固態(tài)硬盤的實(shí)際體驗(yàn)和使用壽命，不同的架構(gòu)、核心/晶體管數(shù)量的多少、頻率的高低都關(guān)乎主控的性能。SSD主控研發(fā)過程中還要針對(duì)不同的閃存顆粒進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，SSD主控芯片研發(fā)需要其對(duì)不同顆粒要具備極好的適應(yīng)能力。

企業(yè)級(jí)SSD產(chǎn)業(yè)鏈，來源：華西證券

從企業(yè)級(jí)SSD的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成來看，SSD產(chǎn)業(yè)的上游是顆粒廠商＋主控芯片廠商，下游則是服務(wù)器廠商、系統(tǒng)集成商、模組廠商。其中存儲(chǔ)顆粒廠商大多與主控廠商形成捆綁，大概可以分成兩類：

一類是各存儲(chǔ)原廠諸如三星、Intel、美光等巨頭基于IDM生產(chǎn)模式生產(chǎn)，其中三星的主控自產(chǎn)自銷，基本不單獨(dú)出售主控，美光既用于自有產(chǎn)品也外賣給其他下游廠商。另一類是Fabless模式，主要是獨(dú)立的主控芯片玩家，核心玩家主要是Marvell、慧榮及群聯(lián)電子。縱觀全球控制芯片市場，三星為主的原廠占據(jù)約45%的市場份額；慧榮科技、群聯(lián)電子、Marvell等廠商，合計(jì)占據(jù)約40%+的市場份額。其中Marvell是曾經(jīng)的機(jī)器硬盤霸主，在SSD主控技術(shù)方面一直處于全球領(lǐng)先地位，也是國產(chǎn)SSD主控追逐的目標(biāo)。

國內(nèi)外主控芯片廠商比較，來源：technavio

在以往，企業(yè)級(jí)SSD主控芯片國產(chǎn)化率極低，存儲(chǔ)顆粒海外寡頭壟斷。2021年，海外?SSD主控芯片廠商全球出貨量占比89.67%，本土SSD?主控芯片廠商全球出貨量占比10.33%。隨著市場需求的增加，國內(nèi)SSD?主控廠商正在大力崛起。

近年來，國內(nèi)本土SSD主控企業(yè)如得一微、聯(lián)蕓、國科微、華瀾微、憶芯、英韌科技、得瑞發(fā)展迅速，并逐漸有趕超臺(tái)系，與美系分庭抗禮的趨勢。而中國本土的長江存儲(chǔ)、長鑫存儲(chǔ)等顆粒廠商逐漸成熟，也很好的支持了本土SSD主控廠商的崛起。

主控芯片技術(shù)趨勢，存算一體將如何改變SSD?

隨著SSD技術(shù)的飛速發(fā)展，SSD盤的性能飆升，底層閃存帶寬越來越寬，介質(zhì)訪問延時(shí)越來越低，系統(tǒng)性能瓶頸轉(zhuǎn)移到接口和協(xié)議。隨著服務(wù)器處理數(shù)據(jù)持續(xù)高速增長，未來存儲(chǔ)接口的演進(jìn)將會(huì)持續(xù)，帶動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展。

據(jù)了解，目前企業(yè)級(jí)SSD主控的技術(shù)趨勢包括：

存算一體架構(gòu)

存算一體架構(gòu)將取代馮諾依曼架構(gòu)，將計(jì)算單元與存儲(chǔ)單元集成在一起，計(jì)算可以直接在存儲(chǔ)單元中完成，避免了計(jì)算和存儲(chǔ)之間的數(shù)據(jù)傳輸和延遲。存算一體技術(shù)相對(duì)于馮諾依曼架構(gòu)具有更高的計(jì)算效率和更低的延遲，適合于需要高效計(jì)算和大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的場景。不過，目前市面上號(hào)稱在做“存算一體”芯片的廠商不少，但大多針對(duì)小容量的存儲(chǔ)，用在SSD大容量上的非常少。

其中三星在2017年公布了一款產(chǎn)品叫“SmartSSD”。三星SmartSSD?計(jì)算存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器(CSD)由Xilinx自適應(yīng)平臺(tái)提供支持，是業(yè)界首款可定制、可編程的計(jì)算存儲(chǔ)平臺(tái)。SmartSSD CSD?可將計(jì)算推進(jìn)到數(shù)據(jù)所在的位置，從而可顯著加速數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，增速達(dá)10倍以上。

國內(nèi)的主控芯片廠商憶芯科技在2016年注冊了DeepSSD的商標(biāo)，并隨后推出了一款DeepSSD?邊緣計(jì)算一體機(jī)產(chǎn)品，這款一體機(jī)采用憶芯科技自研主控芯片STAR1000P，集合了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算、存儲(chǔ)等服務(wù)，提供一站式存算一體化、軟硬一體化的管理分析計(jì)算平臺(tái)。在邊緣計(jì)算的視頻實(shí)時(shí)感知、存儲(chǔ)、檢索、比對(duì)等應(yīng)用方面，以及物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)序分析處理上，實(shí)現(xiàn)了速度及效率的大大提升。而就在日前發(fā)布的PCIe4.0主控芯片STAR2000，則集成了高達(dá)8TOPS算力的NPU，可以更好滿足企業(yè)級(jí)SSD“存算一體”的需求。

PCIe5.0及NVMe2.0

PCIe4.0是目前大規(guī)模商用較為主流的版本，SSD性能大幅提升，但相較于PCIe3.0SSD，價(jià)格仍高出很多，將率先在高端市場應(yīng)用。當(dāng)前PCIeSSD主要還是以PCIe3.0x4為主，最大理論速度可以達(dá)到4GB/s，一般SSD最大實(shí)際測試速度基本可以達(dá)到3.5GB/s。

PCIe不同版本吞吐量，來源：閃存市場

PCIe5.0將成主力產(chǎn)品，6.0標(biāo)準(zhǔn)已出，量產(chǎn)在途。PCI-SIG此前給出PCIe的帶寬增長趨勢。2020-2021期間，PCIe4.0-5.0作為PCIe3.0的更新版本陸續(xù)出現(xiàn)并量產(chǎn)，但其仍采用基于NRZ（Non-Return-to-Zero）的128b/130b編碼。PCIe6.0預(yù)期2022年能陸續(xù)公用，完成驗(yàn)證測試。從今年大規(guī)模商用的角度看，PCIe5.0和NVMe2.0是下一代企業(yè)級(jí)SSD的發(fā)力方向，2022-2023年有望成為主流。

總結(jié)：本土主控芯片的機(jī)會(huì)與隱憂

國內(nèi)SSD產(chǎn)業(yè)鏈廠商可以概括為“具備主控設(shè)計(jì)能力的模組生產(chǎn)公司”，即主要切入點(diǎn)一般為主控芯片的軟硬件設(shè)計(jì)（包括主控芯片、固件）及最終SSD模組的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，這也意味著代工環(huán)節(jié)的國產(chǎn)力量需要跟上，而上游存儲(chǔ)顆粒（NAND及DRAM）則主要依托國際大廠及國內(nèi)長江存儲(chǔ)等。

目前大陸在做SSD控制器的廠商多達(dá)三四十家，從數(shù)量上看已經(jīng)超越了美系、臺(tái)系的品牌。這數(shù)十家的新興勢力加上中國臺(tái)灣和美國等地方的廠商，毫無疑問，一場SSD主控爭奪戰(zhàn)正式開打。目前國產(chǎn)主控芯片主要集中在消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品中競爭，企業(yè)級(jí)SSD主控仍由三星、英特爾、美光、Marvell等國際巨頭壟斷。展望未來，隨著存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈“國產(chǎn)化”的需求增強(qiáng)，國產(chǎn)主控廠商從競爭激烈的消費(fèi)級(jí)SSD轉(zhuǎn)向門檻、利潤更高的企業(yè)級(jí)SSD市場成為必然。

當(dāng)然，在這個(gè)過程中，由于國產(chǎn)主控芯片可依托的國產(chǎn)NAND FLASH供應(yīng)商較為單一，在目前的國際大環(huán)境下受限于上游資源，不得不積極向下游模組廠商延伸，形成“主控+固件+模組”的發(fā)展方式。因此未來本土主控廠商要突出重圍，需要期待本土的顆粒廠商能夠繼續(xù)發(fā)展壯大，甚至如三星一樣構(gòu)建全供應(yīng)鏈閉環(huán)的IDM模式。