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ADAS和工业应用推动 SSD接口朝PCI-e升级大势所趋

来源:新电子 作者:黃繼寬2017年03月23日 08:43
[导读] NAND Flash读写性能持续提升,已超越原本为机械硬盘设计的SATA接口所能提供的带宽。为解除效能瓶颈,固态硬盘(SSD)接口朝PCI-e升级,已经是大势所趋。然而,考虑到个别应用市场的需求,SSD控制器供货商的解决方案组合必须更加多样化。
关键词:PCI-eADASSSD

电子发烧友早八点讯: NAND Flash读写性能持续提升,已超越原本为机械硬盘设计的SATA接口所能提供的带宽。为解除效能瓶颈,固态硬盘(SSD)接口朝PCI-e升级,已经是大势所趋。然而,考虑到个别应用市场的需求,SSD控制器供货商的解决方案组合必须更加多样化。

固态硬盘的接口正在朝PCI-e世代演进,但由于各类应用对效能、价格的接受程度不同,对SSD控制器供货商而言,其解决方案的涵盖范围势必要不断扩张,才能创造出新的市场版图。

目前采用PCI-e接口的固态硬盘,大多采用四信道PCI-e接口,市场则主要集中在服务器、数据中心储存设备等对效能要求极高的应用。但对于主流消费市场而言,四通道PCI-e所提供的效能,却远高于应用需求,且价格偏高。

降低SSD成本 双通道解决方案瞄准大众市场

由于NAND Flash读写性能持续提升,SATA接口的带宽早已无法满足固态硬盘(SSD)需求。有鉴于此,高阶SSD产品目前均已转向PCI-e接口,至于主流和入门级SSD产品则大多仍停留在SATA接口。不过,随着新一代低成本/低功耗控制器方案问世,2017年将可望看到更多主流和入门级SSD进入PCI-e世代。

群联创新技术研发事业群资深经理许江汉(图1)表示,主流/入门级SSD产品从SATA接口升级到PCI-e接口的趋势,从2016年就已经启动,2017年则将在新一代低成本、高性价比SSD控制器方案的加持下更进一步发酵。环顾市场上几家主要的控制器供货商,包含群联在内,都已经备妥新款控制器芯片,准备抢食这波改朝换代商机。

图1 群联创新技术研发事业群资深经理许江汉指出,2017年将会看到更多锁定主流市场的SSD转向PCI-e接口。

目前支持PCI-e接口的SSD应用控制器,大多支持四通道PCI-e Gen3,传输带宽接近32Gbit/s,远远超过SATA 3.0的6Gbit/s。而在实际的连续读写、随机读写IOPS性能方面,业界各家产品的性能水平则可大致整理如表1。

从表1的数据可以看出,不管是用哪一家控制器业者所做出的SSD,其性能与SATA接口相比,都高出好几个档次。然而,在实际应用上,真的需要这么大带宽的消费型应用场景其实不多。以2,700MB/s这个传输速率为例,在消费型的应用情境中,大概只有传输高分辨率影音档案能明显感受到差异性,但消费者应该不会经常搬移影片这类大型档案。

也因为只有经常存取大型档案的使用者能从这么大的带宽中明显受益,目前采用PCI-e接口的SSD主要锁定企业级市场或数据中心应用,一般消费型SSD即便有PCI-e产品,也是以营销宣传或展示品牌实力为主,真正的销售主力还是SATA机种。

许江汉进一步分析,PCI-e具备高带宽与架构容易拓展的优势,但随着信道数增加,印刷电路板上的布线复杂度跟耗电量也会上升。因此,在主流和入门级SSD上采用四通道控制器方案,未必是最有效益的选择。不过,随着NAND Flash的读写效能不断改善,SATA带宽不足终究是个必须面对的问题。因此,考虑到应用需求、生产良率、耗电量等各种因素后,双通道PCI-e将是比四通道PCI-e更适合主流SSD的方案。

事实上,所有SSD控制器厂商,都已经看到这个趋势,并备妥支持双通道PCI-e的解决方案。以群联为例,日前该公司便发表了PS5008-E8控制器芯片,要以更低成本、更省电的特性来抢攻超轻薄笔记本电脑、二合一装置(2-in-1)等PC相关市场。同时许江汉也预期,到了2017年下半,支持双信道PCI-e的SSD价格,和现有SATA SSD硬盘的价差将非常有限,相信消费者跟PC OEM厂商会有更充分的理由选择支持PCI-e接口的SSD。

ADAS需求带动  SSD迅速切入市场

整体来看,SSD应用近年来发展相当蓬勃。除了广为人知的个人计算机/笔记本电脑、平板计算机外,很多嵌入式装置也开始采用SSD。举例来说,网络储存设备向来是传统机械硬盘的天下,但近年来已开始有制造商推出完全采用NAND Flash来储存数据的网络储存设备,主打中小企业及数据中心市场。虽然其平均价格仍高于传统产品,但性能却远远甩开采用传统硬盘的储存系统。

许江汉认为,对SSD产业链而言,这类新产品是一个值得观察的领域。虽然其市场规模目前还很小,但却有一定的发展潜力。整体来说,包含这类新型网络储存设备在内,数据中心相关领域的需求规模,占整体SSD出货约不到10%。这类SSD都是以高速传输、高性能作为主要卖点。

除了数据中心外,采用PCI-e界面的SSD还有另一个正在萌芽中的新应用市场:汽车应用。

汽车内部电子化程度持续提升,对业界来说已经不是新闻,而电子化的结果,会连带使得数据储存的需求出现。举例来说,车载信息娱乐系统(Infortainment System)就会需要内建一定容量的储存空间,以便存放影片、音乐或应用程序这类数字内容。

不过,在先进驾驶辅助系统(ADAS)这个概念逐渐落实后,汽车内的数据储存需求将出现另一个新的发展方向:储存传感器所产生的数据。许江汉分析,随着汽车搭载的传感器数量越来越多,其所产生的数据也会跟着爆炸性成长,因此,很多车厂跟TIer 1业者,已经开始思考,要如何储存、处理这些庞大的数据。

由ADAS所产生的储存需求,跟信息娱乐系统的需求有很大的不同。这类数据都需要实时处理,因此储存装置本身必须具备很高的性能,不能成为系统效能的瓶颈。因此,采用PCI-e接口的SSD,顺理成章地成为客户考虑采用的解决方案。

工业用SSD缓步进入PCI-e世代

至于工业自动化领域,对SSD的需求则一直存在,并且正在缓慢地朝PCI-e世代演进。

事实上,早在PC等消费类应用崛起之前,工业市场对SSD的需求就已经存在。在工业领域,有部分设备所处的环境,对机械硬盘来说太过严苛,因此设备制造商早就转向SSD。不过,在这个市场上,传输速度跟储存容量不是设备制造商最主要的考虑,而是储存设备的可靠度,因此工业市场上除了SATA之外,甚至还有很多PATA SSD产品的需求。

不过,近年来,随着工业计算机逐渐汰旧换新,为了与新平台搭配,PCI-e SSD的需求也已经开始慢慢出现。但许江汉认为,由于工业计算机是个产品生命周期很长的产品,目前使用中的工业计算机,还是有很多只支持PATA跟SATA的机种,加上产品验证过程漫长,因此PCI-e SSD在工业领域的渗透速度,会比较缓慢些。

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