PCIe 4.0 SSD尚未起飛，就要迎戰(zhàn)速度翻倍的5.0

不久前，存儲(chǔ)廠商才紛紛投入PCIe 4.0 SSD的陣營(yíng)，而下一代PCIe 5.0卻已悄然而至。消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)英特爾率先支持了PCIe 5.0，AMD也即將在明年的AM5平臺(tái)上開(kāi)啟支持，不少服務(wù)器級(jí)的處理器更是早一步開(kāi)始了布局，于是原本尚在激戰(zhàn)中的SSD廠商們又紛紛開(kāi)啟了下一輪的軍備。

PCIe 5.0與4.0的速度與帶寬對(duì)比 / Rambus

與PCIe 4.0相比，PCIe 5.0將單通道的速率提升了兩倍，達(dá)到32GT/s。這樣的性能提升對(duì)于AI/ML和數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)尤為重要，CPU、GPU、FPGA和ASIC加速器之間更快速地移動(dòng)數(shù)據(jù)成為了可能，而SSD作為存儲(chǔ)介質(zhì)，同樣成了直接受益者。一如既往，在新標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)上，IP廠商已經(jīng)先一步就位了，那么SSD和SSD控制器是否同樣準(zhǔn)備好了呢？

鎧俠

鎧俠再度先發(fā)制人，在近日推出了業(yè)界首款采用PCIe 5.0技術(shù)的EDSFF固態(tài)硬盤CD7。鎧俠的CD與XD系列均為面向數(shù)據(jù)中心的固態(tài)硬盤，但前者過(guò)去選用的是常見(jiàn)的2.5英寸外形規(guī)格，后者則采用了企業(yè)與數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸（EDSFF）。而此次發(fā)布的CD7選擇了全新的EDSFF E3.S外形規(guī)格，以更小的空間占用，擁抱當(dāng)下數(shù)據(jù)中心對(duì)更緊湊SSD配置的需求，而不再為了兼容性沿用過(guò)時(shí)的2.5英寸。

CD7 SSD / 鎧俠

CD7搭載了鎧俠自研的控制器、固件以及BiCS Flash 3D TLC閃存，容量最高可達(dá)7.68TB。出于對(duì)數(shù)據(jù)中心這種密集型用例的考量，CD7 E3.S系列占用較少的PCIe通道數(shù)，因此可在機(jī)架內(nèi)搭載更多的PCIe SSD或加速器，這也就意味著更大的存儲(chǔ)空間和更高的算力。

CD7采用了PCIe 5.0x2的雙通道設(shè)計(jì)，順序讀取速度達(dá)到6450MB/s，隨機(jī)讀取的IOPS達(dá)到1050K，均超過(guò)上一代的PCIe 4x4的CD6，可以說(shuō)是“以2敵4”了。在延遲上，CD7的讀取延遲為75μs，寫入延遲為14μs，與PCIe 4.0的SSD相比分別提升了17%和60%。目前鎧俠已將CD7已經(jīng)送樣給各大OEM，預(yù)計(jì)將在2022年正式推出。

FADU

美國(guó)的FADU是一家專注于閃存解決方案的Fabless初創(chuàng)公司，主要面向OEM和數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)需求。近日，F(xiàn)ADU宣布推出下一代PCIe 5.0 SSD Echo和控制器FC5161。Echo SSD將提供E1.S、E1.L、E3和U.2四種數(shù)據(jù)中心常用的外形規(guī)格，支持PCIe 5.0 x4、NVMe 1.4+以及OCP Cloud 2.0的主機(jī)接口。


Delta PCIe 4.0平臺(tái) / FADU

FADU給出了這款SSD的具體參數(shù)，Echo的順序讀取速度將達(dá)到14.6GB/s，順序?qū)懭胨俣冗_(dá)到10.4GB/s，隨機(jī)讀取和寫入性能分別為3400K和735K IOPS。在PCIe 5.0的加持下，大家都對(duì)速度有了基本的預(yù)期，各家的SSD雖然速度各異，但總的來(lái)說(shuō)并沒(méi)有拉開(kāi)差距。而Echo的優(yōu)勢(shì)在于它的功耗上，F(xiàn)ADU宣稱其平均功耗甚至不到5.2W。

據(jù)悉，F(xiàn)ADU在其SSD控制器FC5161上用到了SiFive的S5系列RISC-V處理器，結(jié)合西部數(shù)據(jù)也計(jì)劃在其SSD控制器用上自研的RISC-V核心SweRV，RISC-V對(duì)于存儲(chǔ)廠商的吸引力已經(jīng)不言而喻了。這不僅是因?yàn)镽ISC-V成功的開(kāi)源模式，也有RISC-V高可配置性的原因在內(nèi)。

三星

三星的旗艦SSD在消費(fèi)級(jí)常被奉為最高標(biāo)準(zhǔn)，自然不可能在PCIe 5.0這樣的高速接口上輸人一籌，于是也在年內(nèi)公布了其下一代PCIe 5.0服務(wù)器級(jí)SSD PM1743的信息。PM1743采用了V6 TLC的閃存，支持PCIe 5.0 1x4和2x2的配置，也與鎧俠的CD7一樣，選擇了E3.S作為外形規(guī)格。

除了其寫入持久度可以做到1DWPD外，三星并沒(méi)有進(jìn)一步透露PM1743在讀寫性能上的具體細(xì)節(jié)。在前不久結(jié)束的OCP大會(huì)上，三星強(qiáng)調(diào)在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，從PCIe 3.0到4.0的轉(zhuǎn)變花了7年時(shí)間，但從4.0轉(zhuǎn)向5.0只花了3年時(shí)間，PCIe 5.0帶來(lái)的帶寬和吞吐量?jī)?yōu)勢(shì)在HPC市場(chǎng)得到了充分利用。

PCIe 5.0 SSD主控

SSD主控大廠群聯(lián)電子在下半年宣布，其PCIe 5.0 SSD主控方案PS5026-E26已經(jīng)完成流片，E26將采用12nm制程打造，并繼續(xù)使用群聯(lián)的CoXProcessor架構(gòu)。E26預(yù)計(jì)將在2022年下半年完成正式投產(chǎn)，初期將推出M.2、U.3、E1和E3等規(guī)格，滿足消費(fèi)級(jí)與服務(wù)器市場(chǎng)的需求。

江蘇華存電子也在近期宣布，其歷時(shí)多年開(kāi)發(fā)的PCIe 5.0 SSD主控芯片HC9001在下半年進(jìn)入流片階段，這也是國(guó)內(nèi)首款自研的12nm PCIe 5.0存儲(chǔ)控制芯片。HC9001采用了自研的硬固件融合XSDirectA架構(gòu)，接口速度最高可達(dá)128Gbps，而且加入了國(guó)密算法，因此在安全性上要更適合國(guó)內(nèi)的企業(yè)/服務(wù)器用戶。

同樣在布局PCIe 5.0主控芯片的還有慧榮科技，不過(guò)根據(jù)其在財(cái)報(bào)上發(fā)布的消息，其企業(yè)級(jí)PCIe 5.0 SSD控制器要在明年下半年才會(huì)送樣，大規(guī)模商用需要等到2023年。且根據(jù)其CEO的表述，其企業(yè)級(jí)SSD控制器并不會(huì)成為其銷售目標(biāo)的主要貢獻(xiàn)者。想來(lái)PCIe 5.0 SSD最大的市場(chǎng)還是消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，但其普及速度必然落后于企業(yè)級(jí)/數(shù)據(jù)中心SSD。

結(jié)語(yǔ)

從以上PCIe 5.0 SSD的進(jìn)展看來(lái)，目前對(duì)PCIe 5.0 SSD需求最大的還是數(shù)據(jù)中心等高性能計(jì)算應(yīng)用。盡管OS和處理器廠商都在推進(jìn)相關(guān)軟件生態(tài)，消費(fèi)級(jí)應(yīng)用其實(shí)仍未消化掉PCIe 4.0帶來(lái)的性能提升。

與之一同崛起的還有EDSFF這樣新的外形規(guī)格。PCIe 5.0與EDSFF結(jié)合在一起，支持到更高的容量、更高的功耗、更好的散熱和更高的性能，調(diào)研機(jī)構(gòu)更是指出2025年一半的SSD都將采用EDSFF。

由于大規(guī)模部署還要等到2022年之后，面對(duì)成本未知的PCIe 5.0 SSD，4.0 SSD究竟會(huì)不會(huì)成為迅速過(guò)渡的“犧牲品”尚未可知。但已經(jīng)明朗的是，存儲(chǔ)作為瓶頸的時(shí)代很快將一去不復(fù)返了。