机械硬盘有什么用 固定硬盘与机械硬盘有什么不同 下一代SSD用“中国芯”

­　　SSD 硬盘逐渐取代 HDD 机械硬盘已经是大势所趋，2016 年全球 SSD 硬盘出货 1.5 亿个，到 2021 年还将进一步增长到 2.5 亿个，市场价值高达 300 亿美元，这是存储市场的一片蓝海。可惜的是，目前这个市场主要被国外公司垄断，三星、东芝、美光、西数等公司是 NAND 闪存市场最大的赢家，唯一的好消息就是国内公司目前已经杀入存储市场，在 NAND 闪存、SSD 主控等领域加速发展。

­　　我们平时关注的存储公司主要是长江存储，因为他们正在建设国内最大的 NAND 生产基地。今天我们来关注一下国产主控芯片的情况，它也是存储市场中非常重要一部分，影响着 SSD 硬盘的性能、稳定性、可靠性。

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SSD 很常见，但你真的了解它的结构吗？

­　　SSD 主卡到底有多重要，那我们首先来看看一个 SSD 都是由那些元件构成的。SSD 硬盘我们见过很多种了，根据接口、大小等不同有多种分类，目前最常见的是 SATA 接口的 2.5 寸规格以及 PCI-E 通道的 M.2 2280 硬盘，U.2 接口、AIC 插卡式 SSD 硬盘主要用于工作站、服务器等市场，消费级市场比较少见。

­　　SSD 结构示意图

­　　不论哪种规格尺寸，SSD 硬盘内部的结构都是差不多的，通常包括 PCB、NAND 闪存、SSD 主控、接口等，还有一个并非必要但依然很重要的缓存芯片。

­　　最核心的部分其实就是 NAND 闪存和主控，从成本上来说 NAND 闪存大概能占 SSD 硬盘物料成本的 70% 或更多，目前 128GB 到 1TB 容量的 SSD 通常要使用 2-8 颗闪存芯片，主要来自三星、东芝、美光、西数、英特尔、SK Hynix 等公司，其中三星、西数、英特尔一般是自用较多，第三方品牌的 SSD 硬盘通常使用东芝、美光较多，SK Hynix 除了自用之外在消费级 SSD 上很少见，OEM 市场居多。

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　　颗粒印字模糊的多为黑片

­　　NAND 闪存的学问就更多了，除了不同厂商不同技术不同类型之外，NAND 闪存光是质量等级就有原厂、白片、黑片以及拆机片之分，不过有关闪存的内容不是今天的重点，以后有机会再说。

­　　至于缓存芯片，它不是 SSD 硬盘中必须的，这主要取决于主控类型，但是有了缓存颗粒显然会更好，因为缓存通常是 DDR3 或者 DDR4，容量 256MB 到 4GB 之间，频率在 1600 到 3200MHz 之间，性能远高于 NAND 闪存，配备缓存可以大大提升 SSD 硬盘的性能，尤其是写入性能。

­　　其次就是主控了，一般来说主控芯片的成本占据 SSD 硬盘 10-15% 的比例，不是最贵的部件，但也是非常重要的。如果我们把 SSD 硬盘比作一个大货车，那么主控就相当于驾驶室，主控里的固件相当于驾驶员，它决定着货车怎么开。

­　　PCB 以及外壳等其他部件是 SSD 中最便宜的，加起来占的成本也就 15% 左右，可能还会更低，这部分没多少技术含量，成本取决于厂商的供应链控制、管理。

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SSD 主控变迁：美系、台系先后崛起，下一步看大陆

­　　NAND 闪存是 SSD 硬盘中最重要的部分，但是生产 NAND 门槛很高，全球也只有三星、SK Hynix、东芝 / 西数、美光 / 英特尔四大阵营，他们几家几乎垄断了 NAND 市场，而建设一座 12 英寸 NAND 工厂，投资动辄数十亿美元，所以之前没有什么公司有勇气挑战他们。

­　　SSD 主控芯片就不一样了，它的生产、制造可以交给台积电等代工厂解决，主控芯片设计也有成熟的 ARM 内核、DDR 物理层等 IP 授权可用，研发难度大大降低，所以前几年涌现出了许多 SSD 主控公司。

­　　第一波崛起的 SSD 主控公司自然来自美国居多，我们熟悉的SandFroce、Marvell都是美系主控的代表，前几年中这两家公司竞相推出主控新品，尤其是在 20nm 节点之前，老玩家大概还记得 SF-2281 这颗经典主控吧，还有他们独特的压缩算法，当年也是人尽皆知。

­　　Marvell 也就是我们常叫的马牌，大众认知上也是顶级的主控品牌，浦科特的大多数型号都使用 Marvell 的主控，所以耐久性也特别好，长时间使用也不掉速。

­　　另一方面，随着 SSD 市场竞争的激烈，再加上 SandForce 多次被收购，这家美系主控公司开始衰落，新品跟不上市场了，最终被希捷收购，SF 主控在市场上也少有人问津了，只剩下 Marvell 支撑。

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▍台系主控趁机发力：

­　　SF 衰落之后，崛起的是台湾 SSD 主控公司，其中 JMicron 起步较早，可惜并没有坚持下去，被后面的群联 Phision、SMI 慧荣击败了，其他公司如瑞昱、VIA 威盛也尝试过 SSD 主控市场，但是影响力远不如群联、SMI 这两家。

­　　目前风头最劲的就是群联公司，除了主控技术优势之外，群联背后还有东芝入股，所以他们可以提供主控、闪存以及固件的一体方案，SSD 厂商只要购买他们的方案就能快速生产出 SSD 硬盘，所以获得了厂商认可，而 SMI 虽然略输一筹，但是凭借更低的价格也获得了国内外 SSD 厂商的青睐。

­　　台系主控目前是 SSD 市场上的主流，甚至连英特尔的 SSD 硬盘都有采用，不过从 2015 年以来，国内厂商也陆续加大存储市场的投资，不少厂商就选择了 SSD 主控作为突破口，再加上国内半导体基金对存储芯片的扶植，国产主控今年开始崭露头角，假以时日势必要在国内市场大展身手。

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国产主控市场：随国产 NAND 起舞，大基金助力

­　　在 NAND 闪存、DRAM 内存市场上，中国厂商所需的芯片几乎 100% 依赖进口，所以国家半导体发展规划中就选择了存储芯片为突破口，特别是紫光主导的长江存储在武汉建设国内最大的存储芯片基地，一期投资 240 亿美元，主要生产 3D NAND 闪存，月产能高达 30 万片晶圆 / 月。

­　　逐步解决 NAND 闪存供应问题之后，国内厂商也纷纷投资 SSD 主控芯片领域，形成国产 NAND 闪存 + 国产主控的真正自主产权，所以这几年涌现出了多家 SSD 主控厂商，比较知名的就有江波龙、国科微、忆芯、华澜微电子，还有偏重军工、企业级市场的中勃、一方信息等公司，另外还有台系厂商在大陆设立的子公司，比如群联就在合肥成立了兆芯科技，杭州联芸科技也有台资参与。

­　　总的来说，国内公开报道能找到的进军 SSD 主控市场的公司就不少于 10 家，数量上已经超越美国、台湾地区的公司。不过国内公司在主控领域依然是新兴力量，很多公司都是最近三五年才成立的，比如忆芯科技、联芸科技，即便有老牌半导体公司背景，SSD 主控业务也是近年来才涉及的，所以绝大多数国产主控公司面临的问题主要是缺乏资金。

­　　在这样的背景下，中国的半导体大基金发挥了重要作用，通过参股、投资等方式为多家企业提供资金支持，毕竟研发一款芯片耗资都是数千万甚至上亿元。据公开报道，2015 年 6 月 28 日，国科微电子宣布，其与国家集成电路产业投资基金股份有限公司在长沙签署合作协议。根据协议，大基金向国科微电子注资4 亿元人民币，占股 21.05%，成为第二大股东。

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国产主控现状：技术、工艺追上来了，国密认证是亮点

­　　那么国产主控现在已经发展到了什么程度？以往评价国产芯片时人们总会说中国公司缺少技术、人才及资金，三个问题也是困扰国产主控的关键，不过这几年来情况已经大有改善，大基金的扶植使得这些公司不再缺少研发资金，国产主控的性能已经追上来了。

­　　联芸科技的 SSD 主卡实测表现

­　　成立于 2014 年的联芸科技在 2017 年的 FMS 存储会议上展示了 SATA 6Gbps 的 MAS0902 主控，它不需要缓存颗粒，搭配不同的闪存颗粒都可以达到 560MB/s 读取、520MB/s 写入的性能，随机 4K 性能也在 40 或者 48MB/s，整体性能已经不输 Marvell、群联等公司的SATA 主控。

­　　在高端的 PCI-E 硬盘上，国内公司也实现了突破。2017 年 11 月份，忆芯科技在北京举行发布会，推出了 STAR1000 PCI-E 主控芯片，支持 PCI-E 3.0 x4 通道与 NVMe 1.2 协议，支持 StarLDPC ECC 引擎，支持 ASE256 以及 TCG OPAL 加密，能够适配目前已有的 MLC/TLC/3D MLC/3D TLC 多种闪存类型。

­　　性能方面，STAR1000 支持 ONFI 4.0 与 Toggle DDR 3.0 闪存接口，支持 LPDD3/LPDDR4-2400 缓存，连续读写速度晁盖 3GB/s，写入速度超过 2GB/s，随机读取、写入则达到了 350K、300K，在当前的 PCI-E 主控中也是顶级水平。

­　　更重要的是，STAR1000 主控使用的是台积电 28nm HPC 工艺，在制程工艺上遥遥领先国内主要的 40-55nm 水平，放在国外也是一流水准，群联、Marvell 的高端 SSD 主控也是 28nm 工艺为主。

­　　除了性能追上国际水平之外，国产主控还有一个特别的优势，那就是支持国内认证的安全加密，这不仅是自主可控的要求，还是军工、特种行业的必备要求之一。以国科微为例，他们推出的第二代主控 GK2301 系列芯片硬件集成国密 SM2/3/4 加解密算法，获得中国信息安全测评中心、国家密码管理局双重认证。

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总结：国产主控迎来春天，与国产闪存磨合尚需时间

­　　经过国产公司的不懈努力以及大基金的支持，国内公司如今在 SSD 主控市场已经闯出了一片天地，困扰发展的技术、人才、资金等问题逐步缓解，总体水平上已经追上来了，并且在自主可控等要求上做到了海外公司做不到的地步，前途还是很光明的。

­　　不过现在还不到国产主控骄傲的时候，先进水平的主控已经研发出来了，但是目前我们能使用的还是东芝、美光等主控，长江存储的国产 NAND 闪存量产并大规模上市还需要一两年时间，国产主控还需要跟国产闪存有个很长时间的磨合期，毕竟对 SSD 来说，可靠性是需要长时间检验的，国内主控公司依然缺少这方面的积累，这个急不得，只能在产品上积累磨合。

原标题：国产主控迎来春天 下一代SSD硬盘就用“中国芯”