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一个SSD主控如何同时满足企业级与消费级?

2019-12-23

硬盘控制器,有时也被称为SSD控制器或“”,在SSD中发挥核心作用。固态硬盘控制器一般是一颗ASIC芯片(市场上也能见到FPGA方案),对内管理闪存,对外为主机提供访问接口,并响应和调度处理主机的IO请求(图1)。国内外各大厂商包括忆芯科技都有提供高性能的固态硬盘控制器。


SSD 有企业级与消费级之分。企业级产品更加注重随机性能、延迟、IO QoS的保证以及稳定性;而消费级产品则更加注重顺序性能、功耗、价格等因素SSD控制器设计需要为企业级和消费级产品分别优化,这样不仅引入了研发成本,也增大了下游多系列SSD产品开发的复杂度。


能否有一款归一化的设计同时满足企业级和消费级需求?主要的问题在于能否在控制器硬件架构上能否实现成本,功耗,和功能的统一。


首先看成本方面,企业级SSD对控制器成本较不敏感,归一化SSD控制器需要着重满足的成本预算。采用通用硬件架构并优化硬件资源开销来约束SSD控制器成本,并通过差异化固件来满足企业级与消费级产品的不同性能需求。


在性能方面,经过市场沉淀,NVNe U.2形态与M.2形态的SSD逐渐成为主流,两种形态的SSD产品性能需求也趋于一致。作为对AIC形态的取代,1U服务器普遍承载8块或更多U.2形态SSD,使得U.2形态SSD单盘4K随机性能在300-400K IOPS已能满足大部分应用需求。反观消费级SSD市场,高端游戏平台NVMe  M.2形态SSD理论性能性能已达3.5GB/s,这样的性能指标也同一些企业级SSD的顺序IO性能趋近。一些互联网厂商已在IDC数据中心中应用M.2形态的SSD。在数据中心,上层对数据流做了大量优化,数据以顺序访问方式写入SSD,这也降低了对随机性能的需求。


在寿命上,企业级与消费级SSD需求差别较大。但影响SSD寿面的主要因素在于NAND闪存的耐久能力。则确保加强对NAND闪存的纠错能力。因此,企业级与消费级SSD控制器在寿命这点的设计目标是一致的。


上,企业级SSD与消费级SSD差异较大。对于SSD控制器需要以比较小的代价支持大容量NAND Flash,来同时覆盖企业级与消费级SSD的需求。


可靠性方面,企业级SSD一般要求ECCDIE-RAID两层数据保护能力。而随着逐步普及,闪存厂商开始建议在消费级SSD提供DIE-RAID能力。所以在可靠性方面,企业级与消费级SSD控制器的设计目标也趋于一致了。


在功耗方面,消费级产品对功耗最为敏感,特别是像平板,笔电这种电池供电设备,对功耗有严格的限制。设计需要考虑复杂的低功耗设计,需要支持多种电源状态,以及快速唤醒。企业级SSD对功耗相对不敏感。然而对于整个数据中心,电力成本已占数据中心运营成本近20%。随着SSD的大规模部署,低功耗设计也成为企业级SSD控制器的追求目标。


从上面几点主要因素考虑不难看出,在企业级与消费级SSD设计指标趋于一致的趋势下,硬件规格实现统一是极有可能的。而形态的差异化则由SSD控制器上的固件体现。




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