今年存儲產業最熱的事件莫過于紫光入股西部數據,西部數據收購閃迪。紫光隨后又收購臺灣力成,并在收購同方國芯后計劃建立存儲芯片廠。存儲芯片作為目前全球第一大半導體芯片,占整個IC產業規模的30%。TrendForce資料顯示,2015年大陸DRAM采購規模估計為120億美元、NAND Flash采購規模為66.7億美元,各占全球DRAM和NAND供貨量的21.6%和29.1%。隨著NAND Flash技術的演進,快速成長的SSD市場成為主控廠商發力的重點。
SSD日趨興盛,有其特性的優勢也有產業發展的因素。慧榮科技(Silicon Motion)產品企劃部協理黃士德表示,SSD(固態硬盤)相較于傳統硬盤具備傳輸速度快、低功耗與耐震等優勢,能帶給PC使用者更佳的使用經驗,是目前消費性存儲最佳的選擇。由于NAND的主流制程在2015年從19nm與20nm轉移到15nm與16nm,SSD的價格也跟著下降,再加上SD與USB的市場需求降低,讓NAND一整年都呈現供過于求的情況,也讓所有NAND大廠與模塊廠都把SSD當做去化NAND的重要管道,128GB的SSD已經有低于50美元,256GB也有低于80美元的機種,大大的刺激消費市場的需求。
慧榮科技 (Silicon Motion)產品企劃部協理黃士德 |
Client SSD市場
數據顯示,零售Client SSD市場每年需求量為3000萬片,平均容量250GB。從PC OEM Client SSD市場來看,內嵌到臺式電腦、平板電腦、筆記本電腦的SSD每年需求量為7000萬片,平均容量200GB。筆記本內置SSD占比將在2017年達到50%。
Marvell市場總監陳昭維表示,與機械硬盤相比SSD在體積、性能上有絕對的優勢。SSD是業界少數保持兩位數成長的市場。特別是PC OEM對SSD的采購需求快速成長,Marvell在SSD開發上以PC OEM為主,同時產品規劃也涵蓋各種市場需求。
Marvell作為全球最大的硬盤控制器廠商,占有全球硬盤控制器70%的市場份額。也是全球第一大獨立SSD控制器廠商。芯片出貨量達10億顆。擁有超過5000項研發專利,合作伙伴涵蓋了全球主要的存儲供應商。
最近,Marvell與中國本土廠商江波龍達成戰略合作,后者開發基于Marvell主控IC的SSD,可以無縫地從硬盤切換到SSD。而Marvell向江波龍開放源代碼,江波龍用時不到一年便研發推出了SSD產品。采用的Marvell 主控芯片包括88NV1120和88NV1140兩款,主要針對Client SSD市場。Marvell 88NV1120和88NV1140可使小型SSD解決方案可集成到超薄平板電腦、Chrome設備以及二合一混合式/可拆卸PC平臺中。
SSD的價格正在逼近HDD,目前500GB HDD的價格大約在40美元,而2015年128GB的SSD在40美元以內,256GB SSD的價格在明年下半年將達到50美元以內。SSD取代HDD步伐加快。黃士德認為,筆記本計算機與Ultrabook都是消費級SSD一大機會,SSD可以說是讓PC與NB消費者最有感的升級,一旦使用過SSD之后,不太可能回頭接受硬盤緩慢的讀寫速度。隨著制程的微縮與3D NAND技術的演進,可以預見兩年之內我們可以用相同價錢買到兩倍容量的SSD,對大部分的人來說256GB到512GB的SSD是相當足夠的容量,一旦價錢進一步的壓低讓256GB/512GB的SSD到大部分人可以接受的價錢的時候,SSD在PC與NB上面的份額就非常有可能會超過HDD。
密度和成本優勢,TLC正取代MLC
TLC將以密度和成本優勢取代MLC成為Clite SSD主流Flash。采用LDPC糾錯技術,可將TLC SSD壽命延長3倍。Marvell推出的88SS1093 控制器芯片導入的DEdge LDPC糾錯控制及管理技術支持15nm TLC和3D NAND,有效降低了TLC和3D NAND的實現成本。
“過去只有三星有推出TLC SSD,但今年起,由于控制器廠商LDPC技術漸趨成熟,加上更多TLC NAND的釋出,下半年開始TLC SSD有逐漸加溫的效果,2016年TLC SSD有可能會成為市場的主流。”黃士德說。
慧榮是市場上目前唯一能提供TLC SSD完整解決方案的主控廠商,已經有客戶使用SM2256搭配不同廠家的TLC,包含SK hynix的16nm、美光16nm、SanDisk 1z TLC,三星與東芝的方案,也在2015年11月導入量產。金泰克、威剛、美光與其他客戶都已經推出使用SM2256的SSD,慧榮的SM2256使用的ECC是LDPC,如果使用傳統的BCH ECC的糾錯方式,TLC就只能用在SD、USB等讀寫次數不多的應用。只有LDPC才能真正讓TLC達到SSD所需要的讀寫次數與壽命要求。使用NANDXtend的技術讓TLC SSD的壽命延長3倍。
2015年到2016年NAND正在經歷一個非常大的轉變,所有NAND的廠商都會開始生產3D NAND,并逐漸加大3D NAND的比重,主流的NAND的容量也會從16GB進入到32GB,因此在同樣的容量下,會使用的NAND顆數會減少,為了彌補NAND顆數減少的效能,NAND的廠家會提升NAND界面上的頻率從200MT/s提到400MT/s以及533MT/s。此外,大部分的3D NAND都會是3D TLC,使用在SD、USB上,因為讀寫次數不多,BCH就已經足夠,但要使用到SSD上的話,一定要使用LDPC的錯誤更正碼,才能真正提供足夠的資料保護能力。
PCIe漸成主流接口
另一個趨勢是PCIe將成為SSD主流接口。黃士德說:“NAND的速度提升了,與主機端的界面也會提升,SATA對硬盤而言是綽綽有余,但對NAND卻是瓶頸,PCIe能夠用多通道(Lane)的方式增加頻寬,以PCIe Gen3 x4而言,最大資料頻寬可以超過3GB/s,讓SSD效能發揮到極致。”
“Marvell的PCIe不僅領先而且實現多個世代,在架構上有很多經驗的累積,例如88SS1093 SSD控制器支持多達4個PCIe 3.0通道。”陳昭維談道。合作伙伴江波龍的FORESEE PCIe 8Gb/s相同容量可以做到與SATA 6Gb/s同價。他們希望在Client SSD市場用更高的性能,不變的價格以PCIe取代SATA。
在PCIe SSD上,慧榮的PCIe Gen3 x4支援NVMe的主控SM2260目前已經跟世界一流的SSD廠家合作,正在緊鑼密鼓的測試當中,預計2016年中搭配最新的3D NAND上市,超過2GB/s的讀取速度是SATA的四倍,真正展現PCIe的高頻寬與NVMe的高效能。
黃士德表示,:“LDPC以及PCIe都使得芯片的面積增大許多,耗電量也變大不少,因此在芯片的制程上需要使用40納米與28納米的工藝來抵銷面積與功耗的增加。這也意味著芯片在投入成本,設計流程,人才與資金上都相對增加。這將會是一場淘汰賽,而慧榮因為目前居于領先地位,將會更拉開與競爭對手的距離。”