入局SSD主控芯片，平頭哥RISC-V鎮(zhèn)岳510賦能云計(jì)算

存儲(chǔ)是電子系統(tǒng)必不可少的功能單元，特別是伴隨著數(shù)據(jù)價(jià)值的不斷提升，高性能大容量存儲(chǔ)的價(jià)值逐漸與計(jì)算能力并駕齊驅(qū)。特別是隨著數(shù)據(jù)安全變得越來(lái)越重要，存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)安全成為眾多云服務(wù)廠商無(wú)法回避的話題，存儲(chǔ)單元的主控芯片就是提升存儲(chǔ)安全性最關(guān)鍵的半導(dǎo)體器件。

在半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域中，存儲(chǔ)單元主控芯片是國(guó)產(chǎn)化率相比比較高的產(chǎn)品類(lèi)別，從USB Flash存儲(chǔ)到傳統(tǒng)的磁盤(pán)主控，甚至最新的SSD主控，國(guó)內(nèi)廠商逐漸成為市場(chǎng)應(yīng)用的主流，并且成功迫使曾經(jīng)的存儲(chǔ)主控芯片巨頭Marvel從中國(guó)市場(chǎng)倉(cāng)皇而逃。隨著大規(guī)模云計(jì)算和人工智能應(yīng)用的普及，對(duì)存儲(chǔ)器的容量、體積和讀取速度提出了更高的要求，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的磁盤(pán)式存儲(chǔ)已經(jīng)被SSD存儲(chǔ)所取代。SSD主控芯片作為SSD的大腦，負(fù)責(zé)主機(jī)交互、協(xié)議解析與執(zhí)行、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)管理、后臺(tái)任務(wù)、帶外管理，SSD的功能、性能與可靠性均由其實(shí)現(xiàn)。伴隨著國(guó)內(nèi)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心不斷擴(kuò)建，算力提升的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的要求與日俱增。因此面向云計(jì)算的國(guó)產(chǎn)SSD主控就變得越來(lái)越具有戰(zhàn)略意義。

云計(jì)算時(shí)代，算力、存力和網(wǎng)力共同構(gòu)筑了云服務(wù)的基礎(chǔ)，特別是隨著智能云服務(wù)的廣泛應(yīng)用，包括存儲(chǔ)容量和讀取速度等指標(biāo)在內(nèi)的存力成為諸多應(yīng)用深化發(fā)展的瓶頸，面臨著包括超高的讀寫(xiě)吞吐能力、復(fù)雜工作負(fù)載情況下的穩(wěn)定時(shí)延、更高的單位面積存儲(chǔ)密度以及更優(yōu)化的讀取功耗等挑戰(zhàn)。這其中，SSD主控芯片的性能和對(duì)存儲(chǔ)單元調(diào)配的優(yōu)化程度直接決定了存儲(chǔ)系統(tǒng)迎接上述挑戰(zhàn)的關(guān)鍵所在。

近日在阿里云云棲大會(huì)期間，阿里巴巴平頭哥發(fā)布旗下首顆SSD主控芯片鎮(zhèn)岳510，鎮(zhèn)岳510支持先進(jìn)的PCIe 5.0接口，支持DDR5.0技術(shù)，內(nèi)置玄鐵910 RISC-V多核CPU，采用平頭哥自研緊耦合芯片架構(gòu)，對(duì)SSD任務(wù)進(jìn)行高度抽象，可固化任務(wù)硬化為加速算子以提升性能，F(xiàn)TL關(guān)鍵任務(wù)則運(yùn)行于玄鐵910CPU以保持靈活性。該芯片為云計(jì)算場(chǎng)景深度定制，實(shí)現(xiàn)4μs超低時(shí)延，比業(yè)界主流降低30%以上 ，誤碼率低至10的-18次方，比業(yè)內(nèi)標(biāo)桿領(lǐng)先一個(gè)數(shù)量級(jí)。鎮(zhèn)岳510將率先在阿里云數(shù)據(jù)中心部署，可應(yīng)用于AI、在線交易、大數(shù)據(jù)分析、高性能數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件定義存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

作為面向服務(wù)器級(jí)應(yīng)用的SSD主控，數(shù)據(jù)吞吐能力一定要強(qiáng)，鎮(zhèn)岳510每秒可處理高達(dá)340萬(wàn)筆IO，相當(dāng)于1萬(wàn)塊高性能HDD的性能總和。此外，存儲(chǔ)讀取是數(shù)據(jù)中心的耗能大戶，鎮(zhèn)岳510擁有極高的能效比，每瓦功耗可提供42萬(wàn)筆IO訪問(wèn)。鎮(zhèn)岳510內(nèi)置創(chuàng)新的IO自動(dòng)化處理機(jī)制，前端IO解析與處理，由專(zhuān)用硬件模塊自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的超低的時(shí)延（4μs），可以帶給應(yīng)用極佳的體驗(yàn)，比業(yè)界SSD降低30%以上。不僅如此，鎮(zhèn)岳510芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)了IO/SYS/GC的全鏈路隔離，極大的降低這些任務(wù)之間的相互干擾，提供了既低又穩(wěn)定的時(shí)延表現(xiàn)。除了這些基本的強(qiáng)大硬件性能之外，鎮(zhèn)岳510內(nèi)置了平頭哥自研的高性能LDPC糾錯(cuò)算法，編碼效率逼近香農(nóng)極限，同時(shí)ErrorFlow相比業(yè)內(nèi)SSD更優(yōu)一個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)借助平頭哥自研閃存電壓預(yù)測(cè)算法，可以在各種閃存的不同工況、壽命、溫度等條件下，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)閃存電壓漂移，進(jìn)一步降低LDPC解碼器的輸入誤碼率。

鎮(zhèn)岳510不僅具備更強(qiáng)存力、更高可靠等特點(diǎn)，還通過(guò)為云定制，帶來(lái)更優(yōu)秀的存儲(chǔ)體驗(yàn)。鎮(zhèn)岳510完美實(shí)現(xiàn)了ZNS協(xié)議（通過(guò)將盤(pán)內(nèi)FTL層上移至存儲(chǔ)系統(tǒng)，達(dá)到了存儲(chǔ)系統(tǒng)與閃存特性的完美匹配），通過(guò)靈活的硬件表項(xiàng)加速保持了高IO性能，而Zone分區(qū)狀態(tài)則交由玄鐵910CPU維護(hù)，保留了對(duì)新協(xié)議的靈活性。此外，鎮(zhèn)岳510定制了Last Sector 隨機(jī)寫(xiě)功能，實(shí)現(xiàn)了小報(bào)文的多次反復(fù)下盤(pán)，簡(jiǎn)化了ZNS的應(yīng)用難度。鎮(zhèn)岳510在支持NVMe標(biāo)準(zhǔn)的SQ調(diào)度機(jī)制的同時(shí)，額外定制了基于IO粒度的優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制，允許系統(tǒng)按IO打標(biāo)，優(yōu)先級(jí)種類(lèi)多達(dá)8級(jí)，結(jié)合云存儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠更好的保障延遲敏感型業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。此外，鎮(zhèn)岳510以IO為粒度，遵循上層存儲(chǔ)語(yǔ)義進(jìn)行校驗(yàn)，補(bǔ)齊了整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路校驗(yàn)的最后一環(huán)。不僅如此，鎮(zhèn)岳510還支持以存儲(chǔ)語(yǔ)義對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)巡檢，而無(wú)需再讀出至服務(wù)器，節(jié)省了寶貴的PCIe帶寬、服務(wù)器內(nèi)存帶寬與CPU算力。

過(guò)去5年，平頭哥已推出多款算力芯片，其云原生處理器芯片倚天710已在阿里云數(shù)據(jù)中心規(guī)模化部署，算力性?xún)r(jià)比提升超30%，已服務(wù)數(shù)千家電商、短視頻、在線教育等領(lǐng)域客戶。此次鎮(zhèn)岳510的問(wèn)世，意味著平頭哥的芯片產(chǎn)品家族從算力擴(kuò)展到了存力領(lǐng)域，進(jìn)一步為云計(jì)算行業(yè)提供高性?xún)r(jià)比的技術(shù)底座。