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克服SSD大容量儲存需求的挑戰
專訪快閃記憶體控制晶片商慧榮科技

【作者: 王景新】   2019年07月24日 星期三

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在自有SSD品牌之外的市場,慧榮科技是佔有率最大的快閃記憶體控制晶片商,旗下的控制器方案可支援三星、SK海力士、東芝、威騰、英特爾、美光、長江存儲等多家的快閃記憶晶片。因此,對於SSD的儲存控制技術有著極深厚的理解,尤其在當前大容量儲存年代,控制晶片將是影響效率與穩定性最關鍵的一環。



圖一 :  慧榮成立20年以來,一直都在快閃記憶體控制器領域耕耘。(Source:慧榮科技)
圖一 : 慧榮成立20年以來,一直都在快閃記憶體控制器領域耕耘。(Source:慧榮科技)

慧榮科技產品企劃部協理黃士德表示,不像其他常見DRAM/SRAM等動態、靜態記憶體,系統中快閃記憶體很少跟主機直接接在一起,必須透過快閃記憶體控制晶片跟主機連結。


慧榮成立20年以來,一直都在快閃記憶體控制器領域耕耘,隨著時代演進提供客戶不同應用的控制晶片,最早SD記憶卡、Micro SD、隨身碟,再到手機裡的eMMC與UFS,一直到現今SATA、PCIe SSD固態硬碟。


QLC技術難度高 如何降低錯誤率是關鍵


圖二 : 慧榮科技產品企劃部協理黃士德。(攝影/王景新)
圖二 : 慧榮科技產品企劃部協理黃士德。(攝影/王景新)

「因為主機資料無法直接寫入快閃記憶體,快閃記憶體控制晶片轉換主機傳來的位址,將資料快速寫入,並且在不同的使用場景中都能有優異的性能表現,成為快閃記憶體控制晶片技術上的關鍵。」黃士德說。


其次,DRAM/SRAM理論上用再久都不會磨損,快閃記憶體比較容易耗損,被視為壽命有限,如何透過平均耗損技術,使得單一位元耗損平均化,以及發生不可預測錯誤模式時,控制晶片如何補償它,避免資料丟失,「這些技術就是控制晶片特別的地方。」


慧榮科技身為獨立控制晶片開發廠商,產品支援不同家、不同世代的快閃記憶體,是穩占第一品牌的主因。黃士德解說,2D快閃記憶體經由製程微縮,「但發展到十幾奈米後發現微縮不下,轉為3D垂直方式堆疊。」32層之後,現階段64層是主流,96層將於下半年問世,明年將可見到128、144層。



圖三 : SM2271是新型SATA SSD解決方案,用以取代使用於企業儲存、資料中心和工業儲存系統中的較低效能的HDD。(Source:慧榮科技)
圖三 : SM2271是新型SATA SSD解決方案,用以取代使用於企業儲存、資料中心和工業儲存系統中的較低效能的HDD。(Source:慧榮科技)

此外,同樣一個晶片,一個單元又可分為三個bit的TLC跟一個單元四個bit的QLC,控制晶片要做得非常有彈性。黃士德比喻,TLC像一個房子住三個人;QLC則像是住四個人,「住愈多人愈容易出錯,技術也最難。」因應最新世代,目前英特爾、美光都有推出QLC產品,也都是使用慧榮科技的控制晶片,「證明我們走在時代尖端。」


慧榮科技針對不同世代,保留設計彈性對應單一晶片不同韌體,「快閃記憶體本身單元又有出錯可能性,因而必須在控制晶片中導入錯誤糾正引擎ECC,目前要支持最新世代的TLC與QLC,必須使用到LDPC的錯誤糾正引擎,我們已經投入LDPC研發長達十年的時間,也因此我們能得到國際大廠的信賴,和我們一起研發QLC的SSD控制晶片。」


不只速度 低功耗也是要點之一

何以高效能、低功耗對控制晶片來說也如此關鍵,黃士德說,SATA邁向PCIe,頻寬足足多了六倍,「控制晶片效能變化容易被看出來,高性能變得重要。」而且不像隨身碟相對簡單,連續讀、連續寫,SSD控制晶片因為在PC、Notebook中搭配不同應用程式,須在不同工作負載場景下均有優異性能,一般來說,高性能容易導致高功耗,容易當機、發熱,使用時間減短。


慧榮科技產品主攻高性能、低功耗,「這是我們一直不斷努力,力求進步的地方。」


新型筆記性電腦愈來愈常使用PCIe作為SSD的介面,慧榮科技所提供的SSD控制晶片性能高、功耗低,加上軟硬體充分結合慧榮科技的獨家LDPC錯誤糾正引擎將可延長SSD平均壽命。「跟其他競爭者來比起來,我們功耗最低。」黃士德說。


「快閃記憶體廠商都很放心把SSD projects產品開發案交給我們。」慧榮科技SATA、PCIe全系列提供一站式解決方案,無論中低端、高端,一次滿足客戶不同層級需求,「不僅僅服務台灣本地、中國大陸,Intel所有消費性SSD控制晶片都是使用我們的產品,性能、價格、服務,慧榮都備妥了。」


「垂直分工當道,Turnkey解決方案不只是提供單顆控制晶片,包括:軟韌體,PCB設計方案,量產工具,慧榮全準備好。」黃士德以快閃記憶體控制晶片出貨數量來估算,慧榮科技確實是業界龍頭。此外,除了備妥不同方案,獨立研發部門服務,更成立專屬團隊分別服務國際大廠、本地客戶,若國際大廠有商業機密考量,團隊並設置防火牆,確保機密安全。「慧榮科技不跟客戶競爭,純粹生產快閃記憶體控制晶片,持續精進技術,不買賣快閃記憶體賣賺價差。」


SSD介面將由SATA轉向PCIe 企業應用市場大


圖四 : SM2270則是全球第一款支援標準NVMe 和Open Channel技術,並已進入量產階段的PCIe SSD控制晶片。(Source:慧榮科技)
圖四 : SM2270則是全球第一款支援標準NVMe 和Open Channel技術,並已進入量產階段的PCIe SSD控制晶片。(Source:慧榮科技)

談到三到五年展望,黃士德說,未來SSD介面將由SATA轉向PCIe的趨勢底定,Gen3、Gen4、Gen5,儲存愈來愈快,滿足頻寬。「目前有些新的非揮發性記憶體如Intel Optane、Phase Change Memory、R-RAM、M-RAM,比起快閃記憶體快非常多,Gen4混合式SSD是否能脫穎而出,是持續觀察的地方。」即一個SSD上面,用這些Emerging Memory作為快取,再搬到SSD。


慧榮科技也在2019 OCP Global Summit發表全新高效能企業級SATA SSD控制晶片解決方案 SM2271,提供完整的ASIC及 Turnkey韌體,支援容量可高達 16TB,滿足企業及資料中心應用所需的大容量、高效能、穩定的需求。


SM2271是一款八通道高效能企業級SATA SSD 控制晶片的解決方案,支援最新3D TLC和QLC快閃記憶體技術,充分發揮SATA介面的頻寬,實現最大循序讀寫速度達540MB/s、520MB/s。可支援大容量SSD以及滿足針對讀取密集型工作負載的嚴苛要求,使用戶能夠以低成本維持現有的 SATA 介面儲存基礎架構的效能優勢,可提供比消費級 SSD 更低的延遲及更可靠的資料讀寫操作。


SM2271通過先進的256位元AES加密引擎以及完全符合美國TCG制訂的Opal加密標準,可以確保資料安全性,是新型SATA SSD設計的理想解決方案,用以取代使用於企業儲存、資料中心和工業儲存系統中的較低效能的HDD。


另一款SM2270則是全球第一款支援標準NVMe 和Open Channel技術,並已進入量產階段的PCIe SSD控制晶片,利用慧榮科技在NAND控制晶片技術,以及資料中心SSD儲存系統知識,讓SM2270成為雲端伺服器和資料中心儲存應用的絕佳選擇之一。


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