国内首颗12nm PCIe 5.0 SSD主控芯片流片背后的故事

国内首颗12nm PCIe 5.0 SSD主控芯片流片背后的故事,第1张

芯片企业不能依据现有市场需求来做IC,芯片的研发、量产等需要提前好几年来布局,仅看现在的市场是跟不上变化的。企业要预判未来一代、甚至两代的市场,还要保证量产后能销售5年以上。”江苏华存电子技术总工程师魏智泛先生在集邦咨询2022存储产业峰会上介绍PCIe Gen5固态硬盘(SSD)新品时如是说。

据了解,江苏华存的PCIe Gen5 SSD配置了其自主研发的PCIe Gen5 SSD主控芯片HC9001,这是一颗历时四年打磨出来的企业级存储SSD主控芯片,也是国内首颗企业级PCIe 50存储主控芯片。值得注意的是,这家公司没有PCIe 40主控芯片,在四年前一举选择了PCIe 50赛道,在后续的媒体群访环节,魏智泛向《国际电子商情》解释了选择PCIe 50的原因。
在5G+AI万物联网的时代,服务器需求量迎来急速爆发,服务器效能也需要飞跃式的成长才能跟上时代创新需求。对比PCIe 40和PCIe 50,最明显的区别是后者在效能上的提升。魏智泛感叹说,无论是在哪一个产业,大家都会聚焦追求效能。从理论上来看,PCIe 50的接口速度是PCIe 40的两倍。

据介绍,HC9001采用台积电12nm工艺流片,具备多重创新架构,包括了创新XSDirectA(eXcellent-Scheduling&Direct-Arrival)架构、创新第二代LPDC(Low-Density Parity-Check)纠错算法架构以及创新iPower架构。以上这些创新架构为其带来优异的性能,不论是在接口速度、读写效能、闪存纠错等规格上都处于行业先进。

魏智泛介绍说,江苏华存当前更关注PCIe 50新品在服务器上的应用。预计到2022年,PCIe 50将在服务器市场首先引爆,之后个人PC、智能家庭等应用场景也会随之爆发。在此基础上再过两年,细分市场上将会出现更多不同的装置形态。

在他看来,一个新标准的推动,谁都无法独揽权益。多数业内人士认为,当一个新技术起来时,参与者首要考虑的应该是“如何把市场蛋糕做大”,最终大家自然会吃到属于自己的那一块蛋糕。现在,国内有很多服务器系统厂商在往PCIe 50标准靠,这也是江苏华存看好服务器市场的原因。

江苏华存电子成立于2017年,其首颗主控芯片基于PCIe 50标准。面对为什么要从PCIe 50开始,魏智泛解释说,PCIe 50标准能向下兼容PCIe 40标准,所以第5代主控芯片能向下支持第4代产品。另外,在他看来PCIe 40其实是一个过渡标准。“PCIe 30 SSD每年的总量约是PCIe 40 SSD的10倍以上,但PCIe 40的总量并没有起来。四年前,我们决定要做PCIe 50标准芯片时,就已经判定了PCIe 40只是一个过渡性标准。”

从现在的商用现状来看,江苏华存的预判似乎相当准确。PCIe是一个偏向PC的标准,英特尔和AMD的产品路线图在这个标准演变中具有非常重要的地位。2018年,英特尔开始推PCIe 40 CPU,该时间点比此前预期的整整延迟了两年,但下一代的PCIe 50标准如期而至,这就注定了PCIe 40是一个过渡性标准。

在2018年,PCIe 50相关的规格已经有很大的进步。华存团队依据自己的经验,判断PCIe 50产品将会在一年内获得订单。而对于PCIe 40标准产品来说,两年的时间不足以让它普及,当它还未大批量商用时,市场就出现了PCIe 50产品。

“由于芯片行业的特殊性,一般要成功量产一颗IC,大约要耗费3至4年的时间。因此,芯片企业不能依据现有市场需求来做IC,芯片的研发、量产等需要提前好几年来布局,仅看现在的市场是跟不上变化的。企业要预判未来一代、甚至两代的市场,还要保证量产后能销售5年以上。”魏智泛回忆,在公司刚开始立项时,周围都是PCIe 30,国际大厂也刚刚开始推广PCIe 40。曾经有许多人问他,为什么要选择PCIe 50,他每次都给对方回复以上的内容。

对任何一家初创企业而言,预判未来的市场走向,并提前多年布局产品,整个过程需要极大的勇气,也面临着各式各样的挑战。在当时PCIe 50还是一个很超前的概念,就算到现在,它在个人市场都没有很普及。

“对电子行业的企业而言,已经在市场上流通的产品,不是需要它着重发力的点。我们在看的是未来一两年内的趋势,怎么样根据市场趋势来制定战略决策,这才是克服困难的重要方法。在面对困难时,关键是靠团队来做抉择,不能仅靠个人去判定,因为这样很容易出错。”
虽然江苏华存有自研主控芯片,但是它不是一家存储主控公司,而是一家具备存储主控设计能力的存储模组公司。“我们不直接销售主控芯片,我们的主控芯片以模组的形式售卖给客户。”魏智泛强调说,江苏华存从创立初期,就明确了这种商业模式。

“我们的创始人团队中,有很多人在主控芯片厂工作过,我们深刻理解主控芯片厂商的困难。台湾群联电子的潘董曾经感叹说,‘做主控芯片其实赚不了大钱’,我非常认同他的这句话。”

主控芯片厂需长期、大量地投入,相比之下,最终所获取的净利润并不多。江苏华存在一开始就顺应国家政策的指导,把自己定义为“拥有主控设计能力的模块生产公司”。当前,该公司给自己定下了一个远大的目标——做到中国业内TOP3企业。魏智泛坦言,虽然公司原本设定的目标是业内TOP3,但是公司内部希望能跻身业内前2或前1。

研发一颗存储主控芯片,不仅要有开发硬件的能力,还要有与硬件搭配的固件的研发能力,从系统端来看,还要有软件开发能力。这样才能提供一个完整的存储方案。这要求团队中必须有各类型的专业人才。目前,江苏华存的主力研发团队分布在台湾、深圳、上海和广州,团队中不乏有15年、甚至20多年经验的专家。“一群有经验的老师傅,知道该怎么按部就班做事情,能避免走弯路。产品开发前期,从整体架构,到各IP架构,再到设计相关的事,并不是靠人多就能取胜,而是靠是否走对方向以及后续验证、时间的积累等。做IC没有捷径,只能扎实把事情做好,仅此而已。”

江苏华存在研发芯片的同时,也在训练新一代的人才。通过跟着“老师傅”一起做研发,新一代人才将会对企业级存储有更深的理解。预计在未来1-2年的推进过程中,新一代人才将会扮演关键角色。
在2020年底,江苏华存已经完成了17亿元人民币的A轮的融资,2021年计划新一轮融资。魏智泛透露说,新一轮融资将主要应用在HC9001的量产上。“量产阶段的运营,需要大量资金来推动商业化,未来HC9001会搭载在PCIe 50固态硬盘上流向市场。”他还表示,江苏华存非常重视国产存储产业链的建设,公司将会持续关注长江存储。未来十年的新时代,云/边/端还存在许多创新的可行方向。希望与业界结伴快速前行,共同打造国产竞争力。


众所周知, 大部分手机制造厂商和集成电路企业都面临着原材料供应不足和芯片产能不足的状况 。虽然部分芯片生产公司依旧可以和发达 科技 公司进行相互合作,但是大部分芯片生产公司会面临着不同的选择。例如台积电与华为合作时,两家公司保持着非常正面的合作关系。台积电公司可以获得大量的订单,华为公司可以获得自主研发的芯片。再加上华为公司的创新能力比较强,显然, 华为能够顺利抢占高端消费者市场。

多家芯片制造厂商选择与国外企业进行合作,而国内众多 科技 公司需要大量的高端芯片。 尽管国内的部分企业已经完成芯片的生产,但是这些芯片属于中低端芯片,根本无法满足国内 科技 公司的需求。 就在华为公司需要面临多重挑战时,阿里集团选择进军芯片市场,并成立平头哥半导体有限公司。

两年之前,国内外的芯片市场发生着天翻地覆的变化,西方国家可以利用光刻机优势以及市场优势,获得大量的高端芯片。再加上智能设备生产公司的产量节节高升,这就使得大部分 科技 公司获得进一步发展的机会。然而,国内众多企业在芯片生产领域却面临着不小的挑战,一方面是因为西方国家对光刻机的出口与贩卖进行了严格的控制,中国企业很难获得大量的光刻机。另外一方面是因为国内众多企业无法掌握芯片生产技术,难免会被西方发达国家卡住脖子。

在该背景下,华为公司从来没有放弃过研发芯片的过程。 虽然大部分华为最新款的手机需要使用高通公司生产的芯片,但是华为公司却在芯片研发领域拥有着非常强劲的实力。除此之外, 中芯国际和中天微在集成电路方面的表现不俗 。前者已经顺利突破芯片生产核心技术,只不过量产芯片是一个漫长的过程。 后者已经被阿里公司收购,依旧发挥着半导体方面的优势。

2008年,国内互联网企业正处于起步阶段,多家企业面临着资金和市场等问题。阿里巴巴公司率先确立了云计算和大数据的发展方向,再加上飞天 *** 作系统与大量资金的加持,这使得阿里集团已经成为国内最先进的云计算公司。除此之外,阿里集团的大部分服务器中的芯片均采用的是英特尔公司生产的芯片,如果国外公司对相关设备以及芯片进行大量的制约和垄断,阿里集团的前期建设毁于一旦。因此, 该集团必须拥有自主研发的芯片,从而保障物联网建设十分顺利,云计算的规模不断增强。

随着时间的流逝, 阿里集团用经验告诉消费者该公司的无限发展 。首先,阿里集团 确立了三位一体的发展方案,其中包括云计算、AI和lot 。其次,Lot是获取数据的主要方式,从很大程度上保证了阿里集团的数据准确性。最后, 云计算就相当于维持整个物联网运行的强大心脏,不断地统计和整理,将误差缩小到最低水平。 再者,人类的大脑起到了控制作用,从而使人们的各项行为和举动十分正常。AI的功能与人类大脑的功能相类似, 从很大程度上提高了整个系统的执行能力,将结果拉到最佳状态。

自从阿里集团宣布完成物联网的构建后,该集团提出了非常明确的目标。那就是在五年之内连接100亿台终端设备,从很大程度上提高数据的可行性和利用性。与此同时,阿里集团还会利用Wi-Fi芯片,进而保证整个系统和平台的运行十分正常。 反观阿里集团在云计算方面和芯片领域的不断发展,再加上平头哥半导体有限公司的不断成长,阿里集团已经逐步改变人们对它的传统印象。

总的来说,任何一家互联网公司和 科技 公司都会面临着不同的发展状况和行业环境。龙头企业的责任更重一些,以华为和阿里集团为例,两家公司深刻感受到芯片对系统研发和不断完善造成的最大影响。

与其受制于其他公司的芯片,倒不如主动地完成芯片的研发和生产,从而保证公司的发展不会受制于人。 更何况全球 科技 公司正面临着发展的快速期,掌握核心技术的企业才会掌握发展的主动权和发展空间,华为和阿里在芯片领域的发展,刚好可以体现两家公司对芯片的重视程度。

阿里接棒华为,挑起制芯“大旗”

华为面临多重挑战,阿里接棒华为制芯,马云先发制人抢占先机

当前,支持数据存储、人工智能和多元化内容的工作负载正以前所未有的速度迁移到云,数据中心服务器市场高速增长。不过,目前大多数云基础设施仍在使用30年前的x86架构处理器技术,而对高性能、高能效和更低的总拥有成本的需要,加快了非x86架构处理器的发展,Arm处理器正在成为这一进程的主力,一些相关公司正在引人注目。

创立于2018年的Ampere Computing是其中颇具代表性的一家服务器芯片公司,该公司目前主推产品是号称全球首款云原生处理器的Ampere Altra,该处理器内核基于64位Arm处理器,专为云定制,Ampere Computing强调其具备可预测性、可扩展性和高性能。

据Ampere Computing首席产品官Jeff Wittich介绍,作为云原生通用处理器,Ampere Altra可在云环境下运行所有应用。从Web服务器到数据库到缓存解决方案,再到视频编码,甚至AI推理,Ampere Altra在性能上超越传统x86处理器3倍之多,在性能功耗比上领先近4倍。

Ampere Altra针对云工作负载特性而进行了一些设计,例如该处理器每个内核仅运行一个单线程,并保持一致的高频率,因此避免了因服务器上多个用户而导致的性能不佳的问题。

在利用率方面,Ampere Altra可以将内核数扩展至128核,并为每个核提供大容量低延迟的专用缓存。借助智能高带宽mesh互联结构,所有高性能核都连接在一起,打破了传统的CPU在需求增加时会产生递减回报的使用瓶颈。Ampere Altra采用先进的DDR和PCIe技术设计,可实现最大容量,扩展内存和IO的带宽。此外,所有必要的服务器级RAS、可管理性和平台安全功能均可实现横向扩展部署,并为客户提供“开箱即用”的体验。

Ampere Altra系列有两个产品,其中Ampere Altra内置80个Armv82核,频率为33 GHz;Ampere Altra Max则内置128个Armv82核,频率为30 GHz,两款产品都支持128通道高速PCIe Gen4和8 72 ECC保护的DDR4 3200内存。

在AI推理上,Ampere Computing也正在推进部署。基于Ampere Altra的AI方案支持TensorFlow、PyTorch和ONNX框架。其硬件支持原生FP16数据格式,与FP32相比,速度提高了近2倍,且大多数AI模型几乎没有精度损失。该公司提供了一个易于使用的Docker容器,其中包括计算机视觉和自然语言处理模型示例和基准,以使开发人员能够快速入门。

一项MLPerf的测试显示,Ampere AI优化框架+Ampere Altra Max的组合,使用FP16时,吞吐量比AWS Graviton高出5倍,比x86竞争产品高出2倍以上。

在另一项面积功耗比的测试中,Ampere Altra的单核功耗比传统CPU低67%以上,其32核处理器的功耗比同等的x86 CPU低 46倍,性能高出2倍。得益于此,Ampere Computing开辟了其他竞争对手无法涉足的新领地—— 汽车 自动驾驶,他们正在和通用 汽车 旗下自动驾驶子公司Cruise进行相关合作。

Ampere Altra得到了市场积极的反馈:虚拟主机平台Plesk通过甲骨文云搭载Ampere Altra,仅第一个月就推出了1000多个实例,实现了有史以来最快的产品推广速度。

微软最新的Azure虚拟机也采用了Ampere Altra,该虚拟机系列包括通用Dpsv5和内存优化的Epsv5虚拟机,微软声称这些虚拟机的性价比比基于IBM x86的虚拟机高出50%。

其他终端用户,如红牛车队、GenyMobile、墨尔本大学、布里斯托尔大学和耶拿大学,也都在相关云环境应用中采用了Ampere Computing的处理器。

目前,包括微软、甲骨文、腾讯、阿里、Equinix Metals、CloudFlare、京东、优刻得、Hetzner等众多公司在他们的服务器中使用Ampere Computing的方案和产品,全球已有40多个服务器平台支持Ampere Altra,7家全球最大的超大规模数据中心正在部署该公司产品。

其中,腾讯云推出了基于Ampere Altra处理器SR1的实例。阿里云不仅推出了基于Ampere Altra处理器的c6r和g6r实例,还推出了基于Ampere Computing处理器的手机云 游戏 服务。京东也推出了两款基于Ampere Altra处理器的实例,一款用于计算、一款用于存储。

除了云服务提供商,Ampere Computing同ODM和OEM服务器业务的合作也在不断扩大,包括富士康、技嘉、浪潮、超微和纬颖等。最新的消息是,Ampere Computing已经开始为特定客户的服务器提供下一代处理器Ampere One的样品。新CPU采用公司自研核(也是以ARM ISA为基础,并且能够与Altra和Altra Max兼容),5nm工艺,支持DDR5和PCIe 50接口。至此,Ampere Computing拥有并行的两大产品家族——基于Arm的Ampere Altra系列和基于自研核的Ampere One。它们分别适用于不同工作负载、细分市场和应用程序。例如为边缘场景设计的32核40W产品,以及为超大规模数据中心负载设计的128核125W产品。

不久前,来自路透社的消息称,Ampere Computing在4月份已秘密申请在美国IPO。

宿迁泗阳科技芯片产在建设。根据查询相关公开信息显示,宿迁泗阳科技正在实施芯片产业园建设,该项目位于宿迁市泗阳县泰兴经济开发区内,规模为50万平方米,总投资50亿元,20亿元用于芯片产业园建设,集中高端固件芯片、服务器芯片和移动传输芯片等多种芯片产品的研发、生产和推广。

智云优创企业级服务器是属于高档服务器行列,正因如此,能生产这种服务器的企业也不是很多,但同样因没有行业标准硬件规定企业级服务器需达到什么水平,所以也看到了许多本不具备开发、生产企业级服务器水平的企业声称自己有了企业级服务器。企业级服务器最起码是采用4个以上CPU的对称处理器结构,有的高达几十个。

另外一般还具有独立的双PCI通道和内存扩展板设计,具有高内存带宽、大容量热插拔硬盘和热插拔电源、超强的数据处理能力和群集性能等。这种企业级服务器的机箱就更大了,一般为机柜式的,有的还由几个机柜来组成,像大型机一样。企业级服务器产品除了具有部门级服务器全部服务器特性外,最大的特点就是它还具有高度的容错能力、优良的扩展性能、故障预报警功能、在线诊断和RAM、PCI、CPU等具有热插拔性能。有的企业级服务器还引入了大型计算机的许多优良特性。这类服务器所采用的芯片也都是几大服务器开发、生产厂商自己开发的独有CPU芯片,所采用的 *** 作系统一般也是UNIX(Solaris)或LINUX。

企业级服务器适合运行在需要处理大量数据、高处理速度和对可靠性要求极高的金融、正券、交通、邮电、通信或大型企业。企业级服务器用于联网计算机在数百台以上、对处理速度和数据安全要求非常高的大型网络。企业级服务器的硬件配置最高,系统可靠性也最强。

服务器中配置固态硬盘已经是一个普遍的选择,特别是如果只有很小比例的服务器存在性能问题的话尤其如此。固态硬盘可以帮助用户解决服务器性能的瓶颈。固态硬盘也可以让高速存储更加的接近处理器并将共享存储网络这个潜在的瓶颈剔除掉。目前有三种固态硬盘的形式作为达标:即硬盘驱动型SSD,SSDDIMM和PCIsSSD。


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