芯耀
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當(dāng)ChatGPT、DeepSeek等大模型不斷涌現(xiàn)，占據(jù)熱搜話題榜，當(dāng)AI 30秒生成一篇論文、自動(dòng)駕駛汽車每秒生成20GB感知數(shù)據(jù)，一場(chǎng)由AI驅(qū)動(dòng)的存儲(chǔ)革命已經(jīng)正式開啟，高容量和卓越性能的存儲(chǔ)解決方案成為“剛需”，未來SSD有望挑起大梁，助力AI時(shí)代下存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)新一輪發(fā)展。
1｜SSD加速AI創(chuàng)新
擁抱AI機(jī)遇的同時(shí)，SSD也面臨更高挑戰(zhàn)，主要包括：
◆高吞吐量需求—— AI模型訓(xùn)練，尤其是處理大型數(shù)據(jù)集時(shí)，需要極高的順序讀取帶寬，以確保GPU得到充分利用；
◆延遲敏感性——隨著訓(xùn)練的進(jìn)行，模型對(duì)延遲變得更加敏感。此外，AI實(shí)時(shí)推理環(huán)節(jié)中，穩(wěn)定且極低的延遲是模型快速檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，延遲不足會(huì)嚴(yán)重影響AI應(yīng)用的響應(yīng)速度。
◆穩(wěn)定性——AI大模型涉及的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和推理階段常常需要順序和隨機(jī)訪問模式的頻繁切換。某些SSD在上述模式轉(zhuǎn)換期間可能會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)的性能下降或意外的延遲峰值，這會(huì)阻礙AI處理的流暢性。
◆耐用性——AI訓(xùn)練產(chǎn)生的PB級(jí)數(shù)據(jù)洪流，將加速閃存顆粒的P/E循環(huán)消耗，對(duì)SSD的耐用性構(gòu)成嚴(yán)峻考驗(yàn)。
為了應(yīng)對(duì)AI帶來的挑戰(zhàn)，SSD正沿著多維方向進(jìn)行革新，包括存儲(chǔ)介質(zhì)突破、控制器技術(shù)升級(jí)、接口與協(xié)議演進(jìn)等，隨之而來的是PCIe 6.0 SSD、RISC-V架構(gòu)SSD、光學(xué)SSD等創(chuàng)新存儲(chǔ)方案，在這些技術(shù)推動(dòng)下，SSD正不斷超大容量、高性能之路邁進(jìn)。
2｜PCIe 6.0 SSD蓄勢(shì)待發(fā)
PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是連接CPU與外設(shè)的技術(shù)，其版本迭代直接決定數(shù)據(jù)傳輸的帶寬與速度提升。當(dāng)前，PCIe 5.0商業(yè)化正不斷落地，PCIe 6.0技術(shù)蓄勢(shì)待發(fā)。
PCIe 6.0將單通道帶寬從PCIe 5.0的32GT/s翻倍至64GT/s，結(jié)合PAM4（四級(jí)脈沖幅度調(diào)制）信號(hào)編碼技術(shù)，理論有效帶寬可達(dá)128GB/s。這相當(dāng)于1秒鐘即可傳輸一部4K超清電影，性能進(jìn)一步提升。
PCIe 6.0的最終規(guī)范于2022年1月發(fā)布，PCIe 6.0 SSD研發(fā)進(jìn)展方面，2024年8月，美光科技宣布成功開發(fā)業(yè)界首款用于生態(tài)支持的PCIe 6.0數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤，此次發(fā)布的PCIe 6.0 SSD屬于其9550 NVMe SSD系列，順序讀取速率達(dá)26GB/s。今年2月，美光攜手Astera Labs共同宣布，雙方已成功將SSD性能提升至27GB/s全新境界，并圓滿完成了PCIe 6.0互操作性演示。
盡管性能實(shí)現(xiàn)飛躍、技術(shù)前景誘人，但PCIe 6.0 SSD普及仍面臨成本、兼容等壓力。據(jù)悉，首批PCIe 6.0 SSD產(chǎn)品價(jià)格高達(dá)500-800美元（1TB），是普通PCIe 4.0 SSD的3-5倍。同時(shí)，產(chǎn)品需搭配支持PCIe 6.0的CPU及主板。
業(yè)界認(rèn)為，隨著技術(shù)成熟與規(guī)模量產(chǎn)，預(yù)計(jì)2026年前后PCIe 6.0 SSD將下探至主流價(jià)位，成為高端游戲PC與工作站標(biāo)配，并在未來助力AI等應(yīng)用發(fā)展。
3｜RISC-V SSD興起
憑借開源、免費(fèi)、高度可擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，RISC-V（第五代精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）正成為重塑芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)則的重要力量。AI時(shí)代，從模型訓(xùn)練、數(shù)據(jù)處理，再到大規(guī)模智能應(yīng)用，每個(gè)場(chǎng)景都離不開高算力和海量數(shù)據(jù)對(duì)高速、高性能存儲(chǔ)解決方案的極致需求。RISC-V 因其靈活開放的架構(gòu)創(chuàng)新，在存儲(chǔ)器尤其是SSD領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。
傳統(tǒng)SSD采用ARM或?qū)Ｓ屑軜?gòu)，存在授權(quán)成本高、定制化難度大等問題，RISC-V的開源特性為SSD提供了新方向。
基于RISC-V架構(gòu)的SSD主控已經(jīng)興起，性能表現(xiàn)不俗。2023年阿里平頭哥發(fā)布的鎮(zhèn)岳510 SSD主控芯片便內(nèi)置了玄鐵R910 RISC-V多核系統(tǒng)，最高頻率高達(dá)1.6GHz，面向企業(yè)級(jí)SSD應(yīng)用市場(chǎng)。
2024年英韌科技PCIe 5.0主控YRS820量產(chǎn)發(fā)布，該款芯片基于RISC-V開源的特點(diǎn)進(jìn)行二次開發(fā)，獲得了一個(gè)多核、并行的解決方案，并進(jìn)行了定制化處理，讓接口的傳輸效率達(dá)到了更高的狀態(tài)。
2024年憶芯科技推出PCIe 5.0主控芯片STAR1500，搭載玄鐵 C908 RISC-V 64 位多核處理器，實(shí)現(xiàn)多核心設(shè)計(jì)使其能夠并行處理多項(xiàng)復(fù)雜任務(wù)，即不同核心可分別負(fù)責(zé)前端協(xié)議解析、后端閃存控制以及用戶指令處理等任務(wù)，極大提升了整體運(yùn)行效率，確保了系統(tǒng)響應(yīng)的及時(shí)性。除性能優(yōu)勢(shì)外，玄鐵處理器支持用戶利用擴(kuò)展指令等手段，針對(duì)存儲(chǔ)管理和通信協(xié)議進(jìn)行訂制，芯片的創(chuàng)新架構(gòu)與先進(jìn)工藝配合，在實(shí)現(xiàn)了大帶寬、低延遲和高服務(wù)質(zhì)量(QoS)等性能指標(biāo)的同時(shí)，兼顧低的功耗。
展望未來，玄鐵與憶芯科技將共同規(guī)劃PCIe Gen6等下一代高性能存儲(chǔ)主控芯片以及存算一體的芯片，同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展和優(yōu)化RISC-V在存儲(chǔ)領(lǐng)域內(nèi)的持續(xù)創(chuàng)新和應(yīng)用。
4｜光學(xué)SSD成存儲(chǔ)市場(chǎng)關(guān)鍵力量
相較于PCIe 6.0 SSD與RISC-V架構(gòu)SSD，光學(xué)SSD是更前沿、更需要長(zhǎng)久時(shí)間落地的存儲(chǔ)解決方案。
SSD市場(chǎng)目前由NAND閃存技術(shù)主導(dǎo)，不過業(yè)界從未停止探索替代性的存儲(chǔ)技術(shù)，光學(xué)存儲(chǔ)是其中一大方向。
光學(xué)SSD（Optical Solid State Drive）以光信號(hào)替代傳統(tǒng)電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它將光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)（如激光）與半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片技術(shù)結(jié)合，通過光纖或光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫，旨在突破傳統(tǒng)SSD在帶寬、延遲和傳輸距離上的物理限制。
與傳統(tǒng)SSD相比，光學(xué)SSD帶寬單通道速率可達(dá)128GT/s（PCIe 7.0光學(xué)方案），而目前PCIe 5.0 SSD帶寬為32GT/s；光學(xué)SSD具有更低延遲性，光傳輸延遲僅為納秒級(jí)，適合高頻交易、AI訓(xùn)練等低延遲場(chǎng)景；抗干擾性強(qiáng)，不受電磁干擾（EMI）影響，信號(hào)完整性更高；最后，光學(xué)SSD具備更好的散熱性，可遠(yuǎn)程放置存儲(chǔ)設(shè)備，降低數(shù)據(jù)中心局部熱密度。
產(chǎn)業(yè)進(jìn)展方面，存儲(chǔ)廠商鎧俠已與京瓷等公司合作開發(fā)PCIe 5.0光學(xué)SSD原型，傳輸距離達(dá)40米。未來，該方案計(jì)劃支持PCIe Gen8及以上版本，傳輸距離從40米擴(kuò)展至100米，突破傳統(tǒng)銅纜的物理限制。此外，三星也正研發(fā)基于光學(xué)互連的SSD，目標(biāo)支持PCIe 7.0及以上版本，傳輸距離達(dá)100米。
光學(xué)SSD具備高帶寬、低延遲、遠(yuǎn)距離傳輸、抗干擾性強(qiáng)、散熱好等優(yōu)勢(shì)，但作為一項(xiàng)新興技術(shù)，光學(xué)SSD還處于研發(fā)階段，面臨高成本、標(biāo)準(zhǔn)化缺失（接口規(guī)范與兼容性等方面）、市場(chǎng)普及度不高等挑戰(zhàn)。
業(yè)界認(rèn)為，隨著光電集成工藝的成熟和標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)，未來光學(xué)SSD有望成為存儲(chǔ)市場(chǎng)的關(guān)鍵力量。
