悄然席卷企業級SSD市場的RISC-V主控

電子發燒友網報道（文/周凱揚）作為近年來發展速度最快的ISA架構，RISC-V的普及速度可謂超出了不少人的預期。在消費電子、IoT以及工業控制領域，RISC-V可謂已經有了不小的核心出貨量，然而在一些細分市場，RISC-V也已經開始嶄露頭角，比如服務器領域的CPU芯片，以及企業級SSD的主控。

平頭哥

在2023云棲大會上，阿里巴巴平頭哥發布了旗下首顆SSD主控芯片，鎮岳510。此次發布的鎮岳510直接內置了平頭哥目前最高性能的玄鐵R910 RISC-V多核系統，最高頻率高達1.6GHz。而且此次鎮岳510面向的行業市場也有所差異，作為平頭哥的首個SSD主控，鎮岳510選擇了直接面向高性能企業級SSD主控。

鎮岳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。從鎮岳510的規格書來看，其順序讀寫速度分別達到了14000MB/s和10000MB/s，隨機讀寫性能達到了3400KIOPS和2500KIOPS。

PCIe 5.0的高I/O性能并非鎮岳510的唯一優勢，平頭哥表示通過良好的軟硬件協同設計，鎮岳510在實現性能突破的同時，也達到了最佳能效。比如其支持硬件精確的IO帶寬統計，可以根據帶寬來實時確定低功耗策略，并配置SSD工作于多種性能/功耗模式。

從商用芯片的角度來看，鎮岳510是平頭哥首個基于RISC-V架構且面向行業應用的芯片。雖然平頭哥旗下有玄鐵系列的IP陣容，但此前推出的倚天710、含光800、以及羽陣600/611等芯片，都并非基于RISC-V架構打造的，因此鎮岳510的出現，或許也預示著平頭哥從RISC-V IP廠商走向RISC-V芯片廠商的第一步。

西部數據

2017年，時任西部數據CTO的Martin Fink宣布將把其設備上所使用的所有內核都轉換為RISC-V，而且他們會本著開源的精神去做，目標是每年出貨10億顆RISC-V核心。為此，西部數據成立的CPU開發團隊，打造了自己的RISC-V核心，SweRV系列。西部數據表示，其SSD控制器將是該系列RISC-V核心首個落地的應用。

與其他廠商不同的是，西部數據決定通過與CHIPS Alliance合作，開源其32位的RISC-V核心，包括EH1、EH2和EL2。不過開源版本只有少數開發支持，西部數據選擇了與其投資的Codasip合作，為客戶提供更完整的支持方案，包括商業EDA工具設計流等。
除此之外，針對內部以及合作伙伴的應用，西部數據也開發了非開源的64位EHX3核心，并為其增加了內存管理單元，將其適用領域從嵌入式擴展到低端應用處理。此外，EHX3還增加了浮點計算引擎，進一步提升其性能。西部數據為該核心定義的應用場景包括DPU、計算型存儲以及安卓、Linux移動設備等。

據了解，EH1內核已經被數家公司采用，而功耗更低雙線程的EH2對于涉及大量I/O的應用來說能起到很大幫助，而EL2作為更小的四級流水線內核，則主要用于測序之類的應用，至于西部數據已經在生產使用EHX3為主CPU的固態硬盤控制器。

不過，近期西部數據在RISC-V上的動作相比前幾年來說少了不少，自2021年底的RISC-V峰會上公布EH3系列核心后，已經近兩年沒有相關的消息公布。SweRV系列RISC-V核心是否會有后續新品出現，以及西部數據是否會在幾年后開源EHX3，我們暫時都無從得知。

FADU

除了西部數據在早期就察覺RISC-V在SSD主控上的應用潛力外，韓國SSD主控廠商FADU Technology同樣在幾年前就率先選擇了RISC-V。早在2018年，FADU就宣布使用SiFive的64位E51 RISC-V IP來打造他們的Annapurna SSD主控以及Bravo系列的企業級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，并表示這是其第二款基于RISC-V的閃存主控。該主控充分利用了NVMe 1.4a/PCIe 4x4的主機接口和雙端口特性，專為低延遲的XL-FLASH、eTLC、cTLC和QLC閃存設計。這款主控應該還是基于SiFive的RISC-V核心，不過FADU和SiFive都沒有透露具體用到了哪一款IP。

FADU表示，其設計消除了其他架構需要犧牲性能或降速才能解決的TPD散熱問題。為此，FADU也為Delta SSD推出了面向OEM服務器和存儲的U.2版本和面向大規模云的E1.S/M.2版本。從性能上看，U.2版本的Delta SSD可以分別實現7.025GB/s和5.01GB/s的順序讀寫速度，以及1675KIOPS和450KIOPS的隨機讀寫速度。
為了進一步跟進數據中心愈發嚴苛的存儲和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平臺Echo上。FC5161采用了SiFive的Essential S5處理器，支持PCIe 5.0x4和PCIe 5.0x2的物理接口，以及NVMe 2.0和OCP的邏輯接口，最高支持到32TB的SSD容量。

根據FADU公布的ECHO性能數據可知，其順序讀寫速度分別可達14000MB/s和4200MB/s，隨機讀寫速度可達3200KIOPS和400KIOPS@OP7。ECHO SSD的工作功耗小于20W，待機功耗小于5W。

FADU已于今年8月成功上市，作為少有的韓國Fabless芯片與SSD廠商，還是不免受到了今年存儲市場的沖擊。以至于該公司也在近期發出公告澄清，表示現有客戶已用其他產品取代FADU產品的擔憂不實，他們現有客戶的訂單已經開始在第四季度恢復，且與一家國際存儲廠商正在合作針對多終端客戶的計劃。

群聯

群聯作為最大的第三方存儲主控廠商之一，其不少控制器芯片都是基于Arm架構打造的，然而在X1（PS5020-E20）這一企業級SSD主控芯片上，卻用上了RISC-V核心。據晶心科技宣布，其 AndesCore N25F核心被用在了群聯的PCIe 4.0x4 SSD控制器X1上。

AndesCore N25F是一個32位的RISC-V CPU IP，基于晶心科技的AndeStar V5架構打造，采用了5級流水線的設計，主打高主頻性能和高能效。在豐富的特性和各種定制化選項下，N25F很適合用于嵌入式控制器。

群聯的X1用于U.3的PCIe 4.0x4 NVMe SSD，其順序讀寫速度分別可達7400MB/s和7200MB/s，4K隨機讀寫速度可達1750KIOPS和470KIOPS?；赬1打造的SSD典型工作功耗低于18W，待機功耗為6.5W。

群聯對基于該主控SSD的定位是面向HPC、AI計算以及大規模數據中心市場。目前希捷已經和群聯達成合作，將該控制器集成在了希捷的Nytro 5050 NVMe SSD系列中。不過需要注意的是，N25F應該是作為X1中的協處理器，根據群聯的公開數據，其主CPU依然是由兩個Arm R5核心組成。

寫在最后

得益于高靈活度、可定制化以及低功耗的特性，越來越多的RISC-V核心被用于SSD的主控芯片中。且對于目前的存儲市場來說，高性價比的RISC-V SSD主控或許是一個更好的選擇，在保持SSD讀寫性能的同時，降低設計成本。而對于RISC-V生態來說，如何打入出貨量更大的消費級SSD市場將是下一個目標。