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悄然席卷企业级SSD市场的RISC-V主控

E4Life 来源:电子发烧友网 作者:周凯扬 2023-11-16 00:22 次阅读
电子发烧友网报道(文/周凯扬)作为近年来发展速度最快的ISA架构,RISC-V的普及速度可谓超出了不少人的预期。在消费电子IoT以及工业控制领域,RISC-V可谓已经有了不小的核心出货量,然而在一些细分市场,RISC-V也已经开始崭露头角,比如服务器领域的CPU芯片,以及企业级SSD的主控。

平头哥

在2023云栖大会上,阿里巴巴平头哥发布了旗下首颗SSD主控芯片,镇岳510。此次发布的镇岳510直接内置了平头哥目前最高性能的玄铁R910 RISC-V多核系统,最高频率高达1.6GHz。而且此次镇岳510面向的行业市场也有所差异,作为平头哥的首个SSD主控,镇岳510选择了直接面向高性能企业级SSD主控。

镇岳510提供了PCIe 5.0x4的接口,支持1xxL/2xxL TLC/QLC NAND Flash,以及DDR4-3200MT/s、DDR5-5200MT/s。从镇岳510的规格书来看,其顺序读写速度分别达到了14000MB/s和10000MB/s,随机读写性能达到了3400KIOPS和2500KIOPS。

PCIe 5.0的高I/O性能并非镇岳510的唯一优势,平头哥表示通过良好的软硬件协同设计,镇岳510在实现性能突破的同时,也达到了最佳能效。比如其支持硬件精确的IO带宽统计,可以根据带宽来实时确定低功耗策略,并配置SSD工作于多种性能/功耗模式。

从商用芯片的角度来看,镇岳510是平头哥首个基于RISC-V架构且面向行业应用的芯片。虽然平头哥旗下有玄铁系列的IP阵容,但此前推出的倚天710、含光800、以及羽阵600/611等芯片,都并非基于RISC-V架构打造的,因此镇岳510的出现,或许也预示着平头哥从RISC-V IP厂商走向RISC-V芯片厂商的第一步。

西部数据

2017年,时任西部数据CTO的Martin Fink宣布将把其设备上所使用的所有内核都转换为RISC-V,而且他们会本着开源的精神去做,目标是每年出货10亿颗RISC-V核心。为此,西部数据成立的CPU开发团队,打造了自己的RISC-V核心,SweRV系列。西部数据表示,其SSD控制器将是该系列RISC-V核心首个落地的应用。

与其他厂商不同的是,西部数据决定通过与CHIPS Alliance合作,开源其32位的RISC-V核心,包括EH1、EH2和EL2。不过开源版本只有少数开发支持,西部数据选择了与其投资的Codasip合作,为客户提供更完整的支持方案,包括商业EDA工具设计流等。
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西部数据RISC-V核心路线图 / 西部数据

除此之外,针对内部以及合作伙伴的应用,西部数据也开发了非开源的64位EHX3核心,并为其增加了内存管理单元,将其适用领域从嵌入式扩展到低端应用处理。此外,EHX3还增加了浮点计算引擎,进一步提升其性能。西部数据为该核心定义的应用场景包括DPU、计算型存储以及安卓、Linux移动设备等。

据了解,EH1内核已经被数家公司采用,而功耗更低双线程的EH2对于涉及大量I/O的应用来说能起到很大帮助,而EL2作为更小的四级流水线内核,则主要用于测序之类的应用,至于西部数据已经在生产使用EHX3为主CPU的固态硬盘控制器。

不过,近期西部数据在RISC-V上的动作相比前几年来说少了不少,自2021年底的RISC-V峰会上公布EH3系列核心后,已经近两年没有相关的消息公布。SweRV系列RISC-V核心是否会有后续新品出现,以及西部数据是否会在几年后开源EHX3,我们暂时都无从得知。

FADU

除了西部数据在早期就察觉RISC-V在SSD主控上的应用潜力外,韩国SSD主控厂商FADU Technology同样在几年前就率先选择了RISC-V。早在2018年,FADU就宣布使用SiFive的64位E51 RISC-V IP来打造他们的Annapurna SSD主控以及Bravo系列的企业级PCIe 3.0 SSD。

2020年,FADU宣布推出Delta系列的PCIe 4.0 SSD,采用了全新的FC4121主控,并表示这是其第二款基于RISC-V的闪存主控。该主控充分利用了NVMe 1.4a/PCIe 4x4的主机接口和双端口特性,专为低延迟的XL-FLASH、eTLC、cTLC和QLC闪存设计。这款主控应该还是基于SiFive的RISC-V核心,不过FADU和SiFive都没有透露具体用到了哪一款IP。

FADU表示,其设计消除了其他架构需要牺牲性能或降速才能解决的TPD散热问题。为此,FADU也为Delta SSD推出了面向OEM服务器和存储的U.2版本和面向大规模云的E1.S/M.2版本。从性能上看,U.2版本的Delta SSD可以分别实现7.025GB/s和5.01GB/s的顺序读写速度,以及1675KIOPS和450KIOPS的随机读写速度。
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FC5161主控芯片 / FADU

为了进一步跟进数据中心愈发严苛的存储和I/O要求,FADU也在2021年底推出了PCIe 5.0的主控方案,FC5161,并用于其第五代SSD平台Echo上。FC5161采用了SiFive的Essential S5处理器,支持PCIe 5.0x4和PCIe 5.0x2的物理接口,以及NVMe 2.0和OCP的逻辑接口,最高支持到32TB的SSD容量。

根据FADU公布的ECHO性能数据可知,其顺序读写速度分别可达14000MB/s和4200MB/s,随机读写速度可达3200KIOPS和400KIOPS@OP7。ECHO SSD的工作功耗小于20W,待机功耗小于5W。

FADU已于今年8月成功上市,作为少有的韩国Fabless芯片与SSD厂商,还是不免受到了今年存储市场的冲击。以至于该公司也在近期发出公告澄清,表示现有客户已用其他产品取代FADU产品的担忧不实,他们现有客户的订单已经开始在第四季度恢复,且与一家国际存储厂商正在合作针对多终端客户的计划。

群联

群联作为最大的第三方存储主控厂商之一,其不少控制器芯片都是基于Arm架构打造的,然而在X1(PS5020-E20)这一企业级SSD主控芯片上,却用上了RISC-V核心。据晶心科技宣布,其 AndesCore N25F核心被用在了群联的PCIe 4.0x4 SSD控制器X1上。

AndesCore N25F是一个32位的RISC-V CPU IP,基于晶心科技的AndeStar V5架构打造,采用了5级流水线的设计,主打高主频性能和高能效。在丰富的特性和各种定制化选项下,N25F很适合用于嵌入式控制器。

群联的X1用于U.3的PCIe 4.0x4 NVMe SSD,其顺序读写速度分别可达7400MB/s和7200MB/s,4K随机读写速度可达1750KIOPS和470KIOPS。基于X1打造的SSD典型工作功耗低于18W,待机功耗为6.5W。

群联对基于该主控SSD的定位是面向HPC、AI计算以及大规模数据中心市场。目前希捷已经和群联达成合作,将该控制器集成在了希捷的Nytro 5050 NVMe SSD系列中。不过需要注意的是,N25F应该是作为X1中的协处理器,根据群联的公开数据,其主CPU依然是由两个Arm R5核心组成。

写在最后

得益于高灵活度、可定制化以及低功耗的特性,越来越多的RISC-V核心被用于SSD的主控芯片中。且对于目前的存储市场来说,高性价比的RISC-V SSD主控或许是一个更好的选择,在保持SSD读写性能的同时,降低设计成本。而对于RISC-V生态来说,如何打入出货量更大的消费级SSD市场将是下一个目标。

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