近期,SSD主控芯片的动态频频。忆芯流片高性能企业级PCIe4.0 SSD主控芯片STAR2000,该芯片基于12nm工艺,含50亿晶体管;华存研发出国内首颗 PCIe5.0 SSD存储主控芯片,预计 2022 年下半年量产。
而与此同时,全球第一大SSD主控芯片厂商慧荣寻求出售。在5月份,慧荣 科技 与MaxLinear共同宣布,由MaxLinear依约透过现金与股票交易的方式收购慧荣 科技 。
SSD主控芯片市场风雨欲来。
回顾2021年SSD的主控市场,全球SSD主控芯片出货量为4.19亿颗,较2020年3.85亿颗,年度增长8.83%。
在云计算、数字经济等需求的带动下,服务器市场不断扩张,随之带来的是SSD越来越受到欢迎。中国企业级SSD呈现高增长态势,根据预测2022、2023年中国企业级SSD市场规模同比增长37%、28%,于2025年达到489亿元人民币。
作为SSD的三大件之一,主控芯片的作用不言而喻。SSD的主控芯片本质上是一颗小型处理器,主控芯片的好坏直接决定了固态硬盘的实际体验和使用寿命,不同架构、核心晶体管数量的多少、频率的高低都会影响主控的性能。
目前固态硬盘的主控主要分为两大阵营:一类是各存储原厂,诸如三星、Intel、美光等巨头基于IDM生产模式生产,其中三星的主控自产自销,基本不单独出售主控。另一类是Fabless厂商,例如Marvell、慧荣及群联电子。
从全球控制芯片市场来看,三星占据约45%的市场份额;慧荣 科技 、群联电子、 Marvell等厂商,合计占据约40%的市场份额。
去年第三季度开始,半导体产业链濒临供应链断裂与缺货危机,各个大厂也在面临产能危机问题。随着需求持续增加,某些渠道商与传统产品代理商为了加速获利开始囤货,最终给整个产业带来了巨大的冲击。
但随着SSD主控芯片的需求剧增,相关主控芯片厂商业绩也有所增加。慧荣 科技 总经理苟嘉章也曾表示:“主控芯片供货的缺口很大,深圳的主力客户们2021年的业绩都比上一年成长了50%-100%。”
而今年开年,SSD闪存芯片价格下跌的同时,主控芯片却宣布了涨价。国内SSD主控芯片企业得一微发布了涨价通知,宣布对旗下的嵌入式主控芯片涨价,而且涨幅一次就有50%。
2021年,海外SSD主控芯片厂商全球出货量占比89.67%,本土SSD主控芯片厂商全球出货量占比10.33%。随着市场需求的增加,国内SSD主控厂商正在大力崛起。目前大陆在做SSD控制器的厂商多达三四十家,从数量上看已经超越了美系、台系的品牌。这数十家的新兴势力加上中国台湾和美国等地方的厂商,毫无疑问,一场SSD主控争夺战正式开打。
Marvell性能较好,一直是主控市场上性能的佼佼者,其SSD控制器基于NAND Edge LDPC引擎,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,并兼容TLC、QLC和SLC存储器,数据安全及数据纠错能力领先。
慧荣和群联是台系主控代表,慧荣是全球最大的NAND Flash控制芯片供应商,也是第一大SSD主控芯片出货商,其主控以不错的性能和低廉的价格为主要特点,整体较为平衡。群联主控性价比好,中低端市场有优势。
而大陆厂商中,得一微、国科微、华存、华澜微、忆芯 科技 、联芸 科技 、得瑞都是SSD主控厂商的一员。
华澜微电子是我国首颗SATA接口SSD主控芯片推出者。华澜微已推出一系列的SSD主控芯片,涵盖SATA接口和PCIe接口。官方信息披露,华澜微SATA3 SSD控制器单月出货突破30万套。同时,华澜微也拥有基于自家主控芯片的SSD解决方案,可提供给客户采用。
忆芯 科技 由原Memblaze的芯片开发部拆分而成立,初始目标是设计高性能企业SSD控制器。最近忆芯 科技 集中发力企业级SSD主控芯片,其高端企业级PCIe Gen4 SSD主控芯片STAR2000即将推出。下一代PCIe Gen5的产品忆芯 科技 已经开始预研,DPU的应用在加速落地。
得一微在2019年全面进军固态存储主控市场,从消费级到企业级,从SATA到PCIe。其消费级产品主要是SATA SSD主控芯片,以及PCIe3主控芯片已经量产,明年会有企业级PCIe3产品上市。目前从得一微的规划来看,消费级PCIe4研发已基本完成,企业级PCIe4和PCIe5产品也将同步进行研发。值得注意的是,在今年3月得一微开始IPO并完成上市辅导备案报告。
联芸 科技 则是国内SSD主控的一个重要玩家。联芸 科技 推出一系列PCIe接口固态硬盘(SSD)控制芯片和解决方案,其SSD控制芯片支持所有主要NAND Flash原厂的MLC、TLC及QLC NAND Flash,同时支持最先进的安全协议,支持SM2、SM3、SM4、AES256、SHA256、RSA2048加解密安全算法。PCIe接口SSD控制芯片可全面覆盖消费级、工业级以及企业级应用SSD产品中,大幅度提升设备的可靠性、稳定性、性能和安全性。
去年国内本土SSD厂商主控芯片原厂出货量快速增长,并被全球主流SSD模组和品牌厂商所接受。整体上看,国内的SSD主控芯片已可实现低端替代,并向中高端迈进。
这些年SSD主控市场风云变幻,美国公司是SSD主控行业的先驱,但是日渐衰落,随之而起的中国台湾公司凭借更好的性价比成为主流,同时大陆市场上也崛起了多家SSD主控厂商,正在成为SSD主控第三波的主战场。
但是SSD随着NAND闪存正式进入3D制程发展,主控芯片的设计愈加复杂、门槛也越来越高。对相关新入者来说,这是一个挑战。
PCIe接口SSD主控距离量产尚有距离
国产SATA接口SSD主控器已达到了国际先进水平,但在PCIe方面大陆仍有很长的一段路要走。尽管国内有多家国产SSD主控器厂商宣布推出研发PCIe接口SSD主控器,但实际量产仍然较少。SSD主控器研发的成功与否于是否能够实现大规模量产并非同一件事。
华存电子今年宣布了自主研发出国内首颗PCIe5.0 SSD存储控制芯片,并于4月底在台积电成功流片。但当时主要还处于样品和小规模试产阶段,要达到规模量产程度还需求较长路要走,华存也预计将于今年下半年投入量产。
SSD主控器研发技术难度更需要综合考虑SSD主控器研发难度、与之适配的固件研发难度、大规模量产研发难度等整体难度。国产PCIE接口SSD主控器与国际先进水平相比还有较大的差距。
并且,SSD主控的量产还需要于不同厂商的NSND闪存颗粒进行搭配。SSD产业链中NAND原厂的话语权最高,不同厂商的NAND闪存颗粒特性差异较大,同一厂商NAND颗粒制程不同,产品差异性也非常大。而目前掌握NAND闪存颗粒核心技术的厂商中,三星、铠侠、美光、SK海力士、西部数据、英特尔这六家长期垄断者全球95%以上的份额。实力非常小的国产SSD主控器厂商,很难获得这些原厂支持,也就很难实现规模量产。
部分企业核心IP从国外授权/购买使用许可
如果从国产的角度看,国内目前的SSD控制器实际上并非“全国产”。即使是国产的控制器其中的核心IP也是从国外授权或者购买使用许可的。SSD主控芯片架构主要基于ARM架构,也有部分SSD厂家采用RISC架构。由于IP掌握在别人手中,因此,在成本上面没有竞争力,在技术演变发展方面也是被制约的。
总的来讲,中国不缺芯,缺的是高端芯片的生产能力。众所周知,芯片行业的发展需要长时间的创新研发积累。截止目前SSD主控器依旧是一款高技术门槛的集成电路芯片。随着国内创新大环境不断活跃,中国SSD芯片行业也需要主动抓住市场优势,利用政策、资金、人才等优势,着力强化自身。国产化才是唯一出路。
当前,全球范围内SSD主控制造能力仍集中在少数 IT 巨头及芯片代工厂手中,国内厂商出产的主控更多集中于消费级产品,而企业级 SSD 主控主要由三星、英特尔、美光等国际巨头垄断。但随着中国企业级SSD市场不断增长,企业级SSD无疑是继消费级之后的又一条出路。
国产SSD主控芯片迎来新的战场。
通富微电:公司主要从事集成电路 的封装测试业务,在中高端封装技术方面占有领先优势,是国内目前唯一实现高端封装测试技术MCM、MEMS量化生产的封装测试厂家。2006年产能达到35亿只,在内地本土集成电路封装测试厂中排名第一。公司是Micronas、FreesCAle、ToshiBA等境外知名半导体企业的合格分包方,其中全球前10大跨国半导体企业已有5家是公司长期稳定的客户。同时公司注重开发国内市场。长电科技:公司是中国半导体第一大封装生产基地,国内著名的晶体管和集成电路制造商,产品质量处于国内领先水平。公司拥有目前体积最小可容纳引脚最多的全球顶尖封装科技,在同行业中技术优势十分突出。
华微电子:公司是我国最大的功率半导体专业生产企业,产品应用于家电 、绿色照明 、计算机和通讯、汽车电子四大领域,产品性能达到国际先进水平,有些产品的性能甚至超过了国际水平。
康强电子:主要从事半导体封装用引线框架和键合金丝的生产,属于科技创新 型企业,国内最大的塑封引线框架生产基地,年产量达160亿只,已成为我国专业生产半导体集成电路引线框架、键合金丝的龙头企业。
华天科技:公司主要从事集成电路的封装与测试业务,近年来产品结构不断优化,原来以中低端封装形式为主的收入结构得到改善,中端产品在收入中的占比不断提升,综合毛利率有所提高。公司开发生产LQFP、TSSOP、QFN、BGA、MCM等高端封装形式产品,以适应电子产品多功能、小型化、便携性的发展趋势要求,紧抓集成电路封装业面临产业升级带来的发展机遇,高端封装产业化项目逐步实施将提升公司发展后劲。
大恒科技:大恒图像的两个主要产品工业在线视觉检测设备和智能交通 用摄像头有望持续高成长 。中科大洋为数字电视 编播系统行业龙头。中科大洋依托中科院 ,技术优势明显。市场占有率超过50%左右。
有研新材:公司是我国最大的具有国际水平的半导体材料 研究、开发、生产基地,已形成具有自主知识产权的技术及产品品牌,在国内外市场具有较高的知名度和影响力。目前公司的8英寸、12英寸抛光片产品市场拓展仍在推进中,大直径单晶产品供应上已具备深加工能力,此外2009年公司节能灯用双磨片产品供应量快速增加,区熔产品生产供应有一定进展,这两项产品都有望成为公司新的利润增长点。
士兰微:公司是一家专业从事集成电路以及半导体微电子相关产品的设计、生产与销售的高新技术企业。公司主要产品是集成电路以及相关的应用系统和方案,主要集中在以下三个领域:以消费类 数字音视频应用领域为目标的集成电路产品,包括以光盘伺服为基础的芯片和系统。
上海贝岭:公司是我国集成电路行业的龙头,公司投入巨资建成8英寸集成电路生产线,还联手大股东华虹集团成立了上海集成电路研发中心,上海华虹NEC是世界一流水平的集成电路制造企业,技术实力雄厚,公司参股华虹NEC后更加突出了在集成电路方面的实力,有利于提升企业的核心竞争力。华大半导体在2015年5月成为该公司的控股股东,并表示公司将作为中国电子集成电路的统一运营平台,加快推进产业整合,实现资源的集中和业务的系统发展。
七星电子:公司是半导体设备龙头企业,长期受益政策扶持和国内市场需求。在国内市场需求和政府大力扶持的有利条件下,集成电路和平板显示产业重心正在向大陆转移,为设备类企业提供良好的发展机遇。开发的先进设备打破国外厂商的长期垄断,有望逐步替代国外设备,成为国内市场的重要供应商。
三安光电:公司公告以自有货币资金在厦门火炬高新区 火炬园成立一家全资子公司。主要从事危险化学品批发、电子元件 及组件、半导体分立器件、集成电路、光电子器件及其他电子器件等制造与销售;注册资金1亿元人民币。
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