时延降低30%！平头哥发布首颗SSD主控芯片镇岳510

11月1日，在2023云栖大会上，阿里巴巴平头哥发布旗下首颗SSD主控芯片镇岳510，该芯片为云计算场景深度定制，实现4μs超低时延，比业界主流降低30%以上 ，误码率低至10^-18，比业内标杆领先一个数量级。镇岳510将率先在阿里云数据中心部署，可应用于AI、在线分析、在线交易、大数据分析、高性能数据库、软件定义存储等业务场景。

和CPU一样，SSD是计算机系统的核心部件，主控芯片作为SSD的大脑，负责主机交互、协议解析与执行、数据读写、数据纠错、数据管理等核心任务，不仅直接影响整个系统的性能，还保障了业务的安全与稳定。

当下“重算力，轻存力”局面得到改善，SSD快速发展并成为存储趋势，SSD主控芯片市场需求暴增。

SSD取代HDD时机到来

近些年我国数据量发展十分迅猛，每年的复合增长率约是30%左右。目前数据存储市场增速较慢，跟不上我国数据量发展。“2023世界半导体大会暨南京国际半导体博览会”上倪光南先生建议，需要把充分用好数据量的拉动，用庞大的数据量带动数据存储水平的提升。

我国数据存储领域的潜力很大，据统计人均的数据存储量，目前美国是212GB/人，美国的人均数据存储量是中国的九倍，中国数据存储产业未来大有可为。

我国当下存储主要用机械硬盘HDD，先进半导体存储技术滞后。闪存和SSD都属于半导体存储范畴，前者指存储介质(闪存颗粒)后者指存储设备(固态硬盘) 。存储领域闪存市场占比:全球平均水平 41.3%，美国56.4%，中国20.3%。

闪存供应多元，相比机械硬盘HDD供应更安全，算力中心中采用SSD的先进存力占比:国为 52.8%，中国为24.7%，仅是美国46.7%。

值得一提的是，国产存储整机和闪存生产能力提升，SSD取代HDD时机到来闪存SSD价格持续降低，推动全闪存存储系统价格下探。倪光南表示，当前发展中国数据存储产业正是时机，当然也很大的挑战。可以通过一些标准将规定算力存力的比重等等，更好的推进存力的发展。比如说我们可以SSD取代HDD产业变革，通过一些政策大力的推广数据存储产业。

SSD主控芯片中国势力在崛起

具体来看SSD主要包括主控芯片、闪存颗粒和缓存单元三大组件，在这三大件中，采购成本最高的是闪存颗粒，大约占据了70%的份额；由于不同厂商对不同产品的定位问题和有些产品存在内外置缓存的区分，缓存单元一般无法统一论述；但最有技术含量和核心技术的则是主控芯片了。

与机械硬盘的主控芯片集中在希捷、西数、东芝等少数几家厂商不同，自SSD诞生以来，不断有厂商进行主控芯片的研发和创新日韩、欧美等都有专注于主控芯片研发的厂商，并没有产生具有垄断性质的芯片厂商。

因此，在SSD主控芯片供应商，一直呈现着多极化分层，早年的智微Jmicron、Indilinx、东芝自产，到中期大红大紫，最终落入希捷之手的Sandforce，再到如今百花齐放的慧荣、群联、Marvell、三星……，主控芯片厂商在不断的竞争中将固态硬盘产品的总体性能提升向上提升了一大步，也推动了整个固态硬盘向消费市场的普及。

当下我国以华澜微电子、华为、平头哥为代表的SSD主控芯片供应商如雨后春笋。

镇岳510有哪些特点？

镇岳510支持先进的PCle 5.0 5.0接口，支持DDR5.0技术，内置玄铁910 RISC-V多核CPU，采用平头哥自研芯片架构，对SSD任务进行高度抽象，可固化任务硬化为加速算子以提升性能，FTL关键任务则运行于玄铁910以保持灵活性。

镇岳510每秒可处理高达340万笔IO，一枚镇岳510的性能，相当于1万块高性能HDD的性能总和。此外镇岳510拥有极高的能效比，每瓦功耗可提供42万笔IO访问。以一个部署了10万块SSD的数据中心为例，相比目前主流的PCle 5.0 4.0SSD，镇岳510在相同的性能下，仅主控芯片即每年节省260万度电，按照一度电排放0.785千克二氧化碳计算，每年可减少二氧化碳排放2千吨。

镇岳510内置创新的IO自动化处理机制，前端IO解析与处理，由专用硬件模块自动完成，实现了业界领先的超低的时延（4μs），可以带给应用极佳的体验，比业界SSD降低30%以上。不仅如此，镇岳510芯片内实现了IO/SYS/GC的全链路隔离，极大的降低这些任务之间的相互干扰，提供了既低又稳定的时延表现。

镇岳510内置了平头哥自研的高性能LDPC纠错算法，编码效率逼近香农极限，同时ErrorFlow相比业内SSD更优一个数量级；同时借助平头哥自研闪存电压预测算法，可以在各种闪存的不同工况、寿命、温度等条件下，准确预测闪存电压漂移，进一步降低LDPC解码器的输入误码率。其实现了低至10^-18的UBER，相当于每读取百亿亿笔数据，才可能有一笔数据纠错失败。

镇岳510为云做了哪些定制？

镇岳510不仅具备更强存力、更高可靠等特点，还通过为云定制，带来更优秀的存储体验。

在传统的系统方案中，SSD与存储系统分离设计。因此ZNS协议被发展出来，通过将盘内FTL层上移至存储系统，达到了存储系统与闪存特性的完美匹配，消减了“SSD接口税”。

镇岳510完美实现了ZNS协议，通过灵活的硬件表项加速保持了高IO性能，而Zone分区状态则交由玄铁910CPU维护，保留了对新协议的灵活性。此外，镇岳510定制了Last Sector 随机写功能，实现了小报文的多次反复下盘，简化了ZNS的应用难度。

镇岳510在支持NVMe标准的SQ调度机制的同时，额外定制了基于IO粒度的优先级调度机制，允许系统按IO打标，优先级种类多达8级，结合云存储系统，能够更好的保障延迟敏感型业务的服务质量。

云存储系统的完整数据链路，从计算端开始，通过网络到存储服务器，再通过内部互联到达SSD。为了保障数据的高可靠，全链路应采用语义一致的完整性校验。但NVMe规范只规定了以Sector为单位按照T10 DIF/DIX的校验机制，与存储系统的语义并不相同，因此SSD的校验与存储系统的校验产生了差异。

镇岳510以IO为粒度，遵循上层存储语义进行校验，补齐了整个存储系统的数据链路校验的最后一环。不仅如此，镇岳510还支持以存储语义对内部数据进行后台巡检，而无需再读出至服务器，节省了宝贵的PCle 5.0带宽、服务器内存带宽与CPU算力。

平头哥SSD产品总监周冠锋表示：“算力、网力、存力共同构筑了云计算的基础，算力和网络在过去几年已实现快速演进，以SSD为代表的存储技术也必须与云计算软件系统融合设计，为企业用户带来更优秀的存储体验。”