NAND 闪存满足内存控制器要求

内存控制器的未来与它们控制的内存有着不可逆转的联系。同样，它们受摩尔定律的约束。虽然存储类存储器 (SCM) 可能会因新架构而获得关注，但存储器控制器市场仍然很大程度上受 NAND 闪存的支配。

“每个人都习惯了闪存的密度每两年左右翻一番，但他们没有考虑到控制器以类似的速度变得越来越复杂的事实，”Objective Analysis 的首席分析师 Jim Handy 说。这使他们能够从 SLC、MLC、TLC 到 QLC，同时变得更快、穿得更好并添加功能。“我经常打趣说，控制器变得如此之快，以至于你很快就能将控制器连接到一个完全没有功能的闪存芯片上，并且仍然能够提取出好的数据。”

Marvell 的全新 Bravera SC5 控制器系列包括性能安全功能，可应对云数据中心 SSD 不断增长的工作负载。（由马维尔提供）

Handy 表示，即使新兴的内存或 SCM 能够获得牵引力，内存控制器市场也非常依赖闪存设备，甚至不依赖于 SSD。“从单位体积的角度来看，出货的控制器数量最多的是闪存卡——比如 microSD 卡。”

与此同时，他说，与 NAND 相比，新兴存储器在纠错码 (ECC) 和错误均衡等功能方面通常需要很少的控制器。诸如 Optane 之类的 3D Xpoint 内存甚至内置了调平功能。“与闪存相比，管理新兴记忆是轻而易举的事。”

Handy 说，任何新兴的内存控制器的制造都将相当简单，而闪存卡设备中的控制器几乎不需要任何接近 SSD 控制器的复杂性。更少的复杂性意味着更少的成本。

低端 SSD 控制器可能需要 1 美元，而高端 SSD 控制器可能需要 75 美元或 100 美元。” 他说，控制器正在追随曾经价值数百美元的袖珍计算器的脚步。在过去的几十年里，四功能计算器的功能没有改变，而且由于其中的芯片越来越小，越来越便宜，十年前人们开始免费赠送计算器。

Handy 表示，如果不添加新功能或者客户对去年或过去十年可用的相同功能感到满意，这就是控制器的存储空间。“它们要么变得更加复杂，增加了很多功能，要么变得更便宜。” 对于制造自己的控制器的公司来说，降低控制器开发成本是有好处的，但对于制造控制器的公司来说，添加诸如日益复杂的 ECC 等功能可以防止他们的产品成为低价管道。

NVM Express技术工作组主席Peter Onuflyk认为控制器是SSD价值的重要组成部分。不同的供应商有不同的NAND，一些NAND优于其他NAND，但控制器是将NAND转变为完全可用的东西的关键。他说，它是固态硬盘的组成部分，就像发动机是汽车的组成部分一样，因为它确保NAND在给定的工作负载下实现预期的功能，无论期望值是高是低，就像一部中程手机一样。“两年后它将被扔进垃圾桶。”

通过使控制器与众不同的特性和功能来满足这些期望是商家控制器制造商成功的关键。Onuflyk说，这些第三方控制器有三个主要用户：超级用户，他们需要做一些特别的事情；希望扩大产品组合的SSD供应商；以及销售无品牌固态硬盘的供应商。

最终，他说，SSD中的任何新功能都是由控制器实现的，无论是平衡功率和性能，利用NVMe的新功能，还是适当的功能。“每个人都在努力建造自己的东西。”

他说，这可能会为控制器带来一系列不同的特性和功能要求，但也面临着挑战，这取决于它是固定功能控制器还是可编程控制器。“可编程性是以功耗为代价的。另一方面，这些固定功能控制器无法进化来处理新功能。现在可能有更多的人在做比以往任何时候都不同的事情。”

然而，Onufryk 说，这是一项具有挑战性的业务，因为超大规模生产商只有这么多，而 NAND 和 SSD 制造商的路线图也在不断变化——他们可能希望使用商用控制器的地方可能会发生变化。“市场不稳定。” 他说，它还需要在固件、媒体和 ECC 方面的大量专业知识，因此很难想象一家初创公司想要进入控制器业务，或者一家成熟的供应商想要开发控制器产品。

Marvell 是专注于功能的商户控制器公司之一。其内存控制器客户包括 Kioxia America 和 SK Hynix。Marvell 的全新 Bravera SC5 控制器系列包括可应对云数据中心中 SSD 不断增长的工作负载的功能，包括对符合 FIPS 的安全信任根、AES 256 位加密和多密钥撤销功能的需求。它们还支持 PCIe 5.0 和 NVMe 1.4b。

Microchip 为高可靠性、高性能 PCIe Gen 4 SSD 提供 Flashtec NVMe 控制器，并为已投资 SATA 和 SAS 的客户提供支持。（由微芯片提供）

Marvell 闪存业务部营销副总裁 Thad Omura 表示，当今的内存控制器还必须能够响应外形尺寸变化、NAND 类型，并满足严格的物理、散热和信号完整性要求。Bravera SC5 控制器系列具有高度可定制性，可满足随着工作负载不断发展所需的各种云存储选项，这意味着 Microsoft Azure Facebook 等云计算超大规模厂商与 SSD 制造商的客户一样多。“这一切都是为了满足他们的要求，以适应他们苛刻的云和超大规模基础设施。”

Omura 表示，闪存存储在存储和计算这两个主要类别中正以非常健康的速度增长。Marvell 支持所有必要的协议。然而，超大规模的目标之一是减少他们的驱动器库存，以便他们可以将基本相同的硬件用于不同的应用程序。他说，为云和数据中心 SSD 推出的大多数产品都专注于存储或计算。“我们可以启用相同的硬件来解决这两个问题。”

另一个要求是增加 ECC 功能，因为随着 NAND 制造商推动更高的容量，下一代 NAND 在某些方面不太可靠。控制器必须适应的其他特性包括更好的电源性能和热性能，以及新兴的外形尺寸，例如 EDSFF E1.S，它在超大规模客户中很受欢迎，因为他们不再从世界各地的戴尔购买完整的服务器，转而支持自己建造，大村说。他们甚至开始构建自己的 SSD，Marvell 通过直接向他们销售芯片来支持这一点，并有助于简化所有部件的兼容性，无论他们选择何种外形尺寸。

一些 NAND 供应商自己制造所有控制器，而另一些则自己制造一些但转向第三方。Omura 表示，当他们没有资源在内部开发解决方案时，他们可能会优化部分路线图并寻找像 Marvell 这样的公司。

Handy 说，开发控制器也有最低成本，而且随着控制器变得越来越复杂，成本也会越来越高。一家公司无法承担为其运送的每种不同 SSD 开发自己的控制器的成本，因此它选择从向两个客户销售控制器的供应商处购买一个。“他们可以支付这两家公司 SSD 的开发成本。”

Microchip 是另一家为 NAND 供应商提供 SSD 控制器的供应商，这些供应商可能拥有自己的产品，但也希望使用 Microchip 的商业控制器来补充它们。该公司数据中心业务部门的主管 Mark Orthodoxou 表示，它还可以帮助那些希望构建更多自己的数据存储基础设施以满足其定制需求或降低成本的公司，例如超大规模企业。“我们当然与 SSD 供应商有很多业务，因为事实证明，构建 SSD 控制器实际上非常非常困难。” 他说，这导致一些公司在自己的实施中出现失误。“在其他情况下，他们只是没有能力支持服务于整个市场所需的所有功能。”

Microchip 完全专注于企业和 NVMe SSD 控制器，现在提供 PCIe Gen 4 产品和未来路线图。它的未来不是新兴记忆的控制器。Orthodoxou 认为 SCM 不会有成功的产品，并指出英特尔基于 Optane 的 SSD “失败得很惨”。他说，在 NVMe 接口上放置存储类媒体毫无意义。“你会看到存储类媒体将转向 CXL，这将是成功之处。” Microchip 还专注于硬盘驱动器和 SSD 方面的进步，包括有效提高面密度和容量的叠瓦式磁记录 (SMR)，以及为已投资SATA 和 SAS的客户提供长期生态系统.

Omura 表示，Marvell 一直在关注 SCM，但要成为控制器公司的足够大的市场，它们还有很长的路要走。英特尔是唯一一家在美光退出 3D Xpoint 市场的单片机产品方面努力推动的玩家，并且需要围绕单片机接口进行更多标准化。“这并不意味着我们不能拥有支持它们的控制器。我们正在密切关注它，”他说。与此同时，CXL 即将上市，Marvell 是积极的参与者。“我们确实认为最初 CXL 将专注于 DRAM，然后有能力最终集成 SCM。”

审核编辑 黄昊宇