SSD市場容量巨大，主控芯片乘風而上：大陸廠商誰與爭鋒？

隨著5G、大數據、物聯網、人工智能、元宇宙等新一代信息技術不斷發展，數據存儲需求不斷激增，固態硬盤（SSD）由于可以廣泛應用于大容量存儲場景，逐漸成為市場主流。在全球范圍，SSD的出貨量一直有增無減。

研究機構Research and Markets預測，2020年全球SSD市場規模為348.6億美元，到2026年，這一數字預計將增加到803.4億美元。聚焦中國市場，根據艾瑞咨詢預測，2021、2022、2023年中國企業級SSD市場規模同比增長26%、37%、28%，于2025年達到489億元人民幣。

SSD市場容量巨大，然而一個殘酷的現實是SSD產業鮮見中國廠商的身影，主要被歐美、日韓占據，頭部集中度高。

中國半導體存儲產業雖然起步較晚，但如江波龍、嘉合勁威等最早一批投身SSD產業的企業發展距今也超過10年。10年，并不算短，可中國SSD廠商大部分可以說還是在產業邊緣游走，距離行業領先尚有一定的距離。

與此同時，主控芯片作為SSD的核心器件，近年發展迅速。


主控芯片：SSD的“中央處理器”

SSD基本由主控芯片、閃存顆粒、接口以及其他部分組成，其中閃存是數據存儲的核心介質，也是SSD中成本最高的部分，主控芯片則是SSD核心器件，對SSD性能至關重要。

主控芯片可以看做是SSD的“中央處理器”，承擔數據的讀取、寫入與擦除，并與終端應用環節各類外部計算機或電子設備CPU進行通信和數據交換。

主控芯片負責協調SSD程序運作、數據調度以及平衡閃存顆粒平均損耗等。當數據由接口傳輸至SSD時，要經由主控芯片中轉至閃存顆粒進行存儲。同時，主控芯片在需要的時候可以通過啟動固件算法，執行錯誤校正碼、壞塊管理、垃圾回收算法等等重要任務。

根據SSD應用領域與接口技術的不同，主控芯片可以應用于消費級SSD、企業級SSD與其他行業級SSD中；以及SATA、SAS、PCIe等SSD產品中。

主控開發的難點在哪？主控是SSD的核心控制中樞，好的控制器設計可以發揮出存儲介質的全部潛力，因此最難之處不在于把芯片做出來，而是要不斷追求其功能和性能的極致。

比如，是否通過更強的糾錯能力去適配新一代SCM以及QLC介質，并能在滿足客戶規格的前提下，提供充分的差異性。比如，能否在架構中通過硬件加速邏輯來提升性能，同時在計算架構上更為靈巧，應對客戶提出的更多計算特性植入。

正因為此，對于想在存儲行業長期發展的廠商來說，自研控制器是彰顯技術競爭力的核心要素。

除此之外，主控廠商還需要證明產品的商業化能力，才有可能得到Flash原廠的認可并實現大規模商用。而商業化能力又涉及到測試、生產和上下游協調、打通。換句話說，這不是一個單純的技術問題。

目前行業內的SSD控制器分為三大類：針對企業級SSD的控制器，主要面向企業與云的應用；針對消費級SSD的控制器，面向PC以及平板電腦；針對嵌入式領域的控制器，面向eMMC 以及UFS等。

在企業級、消費級存儲廠商中，能同時提供自研控制器技術，并批量使用的廠商很少。主要原因是原廠占有率過高，比如企業級市場的80%由原廠占有、消費級市場的70%由原廠占有。

不過，近些年也有一些主控新勢力正在崛起。憶聯自主研發的企業級SSD主控已突破百萬級銷售，消費級芯片則突破千萬級銷售，在數據中心、頭部PC客戶產品中均有廣泛應用。再者就是江波龍等，也在市場有一些不錯的表現。

這背后的努力是難以想象的。以憶聯為例，實力遠超名氣，深耕存儲10年以上，專注研發事業，經歷了5代以上的研發疊代。同時，先后解決了高性能控制器架構、面向不同場景的定制靈活性問題，以及不同狀態下極致功耗優化等攻克SSD的核心難題。


SSD 產業鏈

從企業級 SSD 產業鏈出發，目前市場的業務布局模式包括：能夠一體化完成固 態硬盤全部生產線的企業（如三星）、專注于固態硬盤 NAND 生產的企業（如長江 存儲）、專注于主控領域的企業（如英韌科技）、專注于模組生產研發的企業（如 憶恒創源）、專注于控制器和模塊組合生產研發的企業（如賽捷）、專注于 SSD 成 品的企業（如寶存科技）以及同時包括控制器、模組和服務器研發生產，業務向下 游延伸的企業（如華為）。

企業級 SSD 的主要硬件組件包括 NAND Flash、主控芯片和 DRAM， 核心軟件為 企業級 SSD 的固件。

1、 閃存顆粒

閃存顆粒是固態硬盤的存儲介質，是一種非易失性存儲器，即在斷電的情況下 依舊可以保存已經寫入的數據。其中 NAND 閃存顆粒有著功耗更低、價格更低和性 能更加的優點，成為了企業級 SSD 重要的存儲原料。

根據 NAND 閃存顆粒中電子單元密度的差異，可以分為 SLC（單層次存儲單 元）、MLC（雙層存儲單元）以及 TLC(三層存儲單元)，此三種存儲單元在壽命以及 造價上有著明顯的區別。此外，閃存顆粒的立體堆疊層數也決定著存儲顆粒的總體 容量，根據在垂直方向堆疊的顆粒層數不同和選用的顆粒種類不同，3D NAND 顆粒 又可以分為 32 層、48 層、64 層甚至 176 層 3DTLC/MLC 顆粒的不同產品，其生產研 發具有很高的技術難度，但更高的存儲密度和更低的單位存儲價格需求不斷推進存 儲廠商提高堆疊層數，目前的升級速度維持在大約一年一代的頻率。2021 年下半年 開始，3D NAND 正式進入了 176L 的量產，176L 3D NAND 的存儲密度較上一代增加 了 70%，由于各原廠對于高堆疊 3D NAND 產品的重視，有望在 2023 年看到 200 層 以上的堆疊產品。

目前，NAND Flash 全球市場高度集中于三星、西部數據、美光科技、海力士、 英特爾等六家公司，合計占據了 99%左右的市場份額，其中三星以超過 30%的市場 份額穩居第一；而國內目前市場規模較小，主要由長江存儲作為主導。


2、 主控芯片

主控芯片在硬盤工作時承擔與主機通信、控制閃存的數據傳輸以及運行 FTL 算 法等職責，相當于計算機中的 CPU 的職能，所以主控性能的優劣直接影響了固態硬 盤整體的性能表現，其主要的功能包括：（1）調配數據在各個閃存芯片上的負 荷，讓所有的閃存顆粒都能夠在一定負荷下正常工作，協調和維護不同區塊顆粒的 協作。（2）連接閃存芯片和外部（SATA、PCIe 等）接口，負責數據中轉。（3）負 責固態硬盤內部各項指令，諸如 ECC 糾錯、耗損平衡、壞塊映射、讀寫緩存、垃圾 回收以及加密等。

目前市場上的主控芯片生產模式主要有兩種，一是各存儲原廠例如三星、英特 爾、美光等巨頭自行設計并承擔生產的模式，其中三星的主控自產自銷，基本不單 獨 出 售 主 控 ， 美 光 既 用 于 自 有 產 品 ， 也 外 賣 給 其 他 下 游 廠 商 。 二 是 美 滿 （Marvell）、慧榮科技、群聯電子等只從事主控芯片設計與銷售而不從事生產的模 式。企業級 SSD 主控主要由三星為主的原廠所提供，而國內企業如大普微、英韌科 技、得瑞領新等企業也具有企業級 SSD 主控的設計能力。而大普微作為國內首家基 于自研主控芯片和固件，實現真正國產化 Gen4 SSD 規模出貨的企業，也是國內唯一 一家得到規模出貨驗證的 SSD 主控產商，實現了國內企業級 SSD 廠商品牌在海外市 場的突破。


3、 固件/算法

固件（Firmware）是出廠預設在存儲器中，運行在閃存控制器內部的程序代 碼，擔任著存儲器中協議處理，數據管理和硬件驅動等核心工作，相當于 SSD 存儲 器的操作系統。SSD 固件專門針對閃存介質進行特性設計，利用磨損平衡寫入算 法、錯誤校正碼 ECC 及壞塊管理算法、FTL 算法、垃圾回收算法 GC 等技術，對于映 射管理、數據糾錯、垃圾回收、功耗控制、掉電保護、損耗均衡等方面進行控制和 維護。

目前能夠獨立開發固件的 SSD 廠商為數不多，僅有三星、Intel、閃迪、英睿 達、浦科特、東芝、OCZ 等，能夠利用大廠帶來的技術優勢占據較大的市場份額。


SSD主控芯片格局一覽

由于技術難度高，并非所有廠商都能涉足主控芯片領域。目前SSD主控芯片主要分為原廠以及第三方主控芯片廠商兩大陣營。

以三星、美光等為代表的存儲原廠，它們的主控芯片自產自銷，基本不單獨出售。

第三方主控廠商通常也是IC設計廠商，它們專門研發主控芯片，供應給市場各大SSD品牌廠商。隨著云計算、大數據、人工智能的發展以及存儲器產品的容量需求不斷增加，第三方SSD主控芯片廠商逐漸成為存儲市場不容忽視的存在。

第一批崛起的第三方SSD主控廠商來自美國，以美滿電子、慧榮科技為代表；隨后臺系SSD主控廠商登上舞臺，代表企業包括群聯電子、點序科技等；隨著大陸半導體產業不斷發展，半導體需求不斷攀升，陸系SSD主控廠商也不斷成長。

以下是大陸SSD主控廠商介紹（排名不分先后）。


大普微電子

大普微是SSD主控芯片設計和智能企業級SSD定制廠商，旗下產品已廣泛用于國內外主流服務器、運營商、互聯網、云計算數據中心市場。

2020年下半年，大普微第一款自研的PCIe Gen4主控芯片DPU600實現芯片一次流片成功，并于2022年4月轉入正式量產。基于DPU600主控芯片，大普微推出了嶸神5系列、蛟容5系列和SCM Xlenstor2系列三大PCIe Gen4產品系列。

今年8月大普微宣布PCIe Gen4 企業級SSD產品已先后獲得北美知名國際互聯網/云計算巨頭和國內電信運營商、行業客戶等為代表的批量訂單。此外，大普微已于7月底在美國閃存峰會，正式首發海神系列PCIe Gen5企業級SSD產品。


得瑞領新

得瑞領新致力于發展計算架構中的底層存儲核心技術—半導體存儲，主要產品是遵循NVMe標準協議的企業級SSD控制器、Turn-key方案、以及企業級SSD成品。

得瑞領新專注于企業級NVMe控制器芯片和SSD產品開發，持續迭代，七年時間成功研發三代國產企業級SSD主控芯片，八代SSD模組產品，并實現大批量交付。

2022年得瑞領新EMEI流片成功并實現量產，該芯片是得瑞領新自主研發的第三代面向數據中心和企業級的NVMe SSD控制器，也是得瑞領新首款支持PCIe 4.0的企業級主控。


憶聯

憶聯深耕企業級固態硬盤、消費級固態硬盤、嵌入式存儲領域，為服務器、數據中心、個人電腦、移動終端、智能穿戴等應用提供高性能、高可靠性的產品與解決方案。

憶聯從2011年便啟動閃存自研控制器工作，同時布局企業級以及消費級控制器并適配憶聯旗下各類固態硬盤產品：企業級包含PCIe、SAS、SAT控制器，應用于數據中心、服務器、統一存儲、高性能計算、高性能數據庫等領域。

今年7月憶聯表示公司企業級固態硬盤UH811a&UH831a與海光信息海光全系列服務器芯片完成產品兼容性認證。同時，憶聯與其他國產CPU廠商的產品兼容互認證正在有序開展中。


華瀾微

華瀾微提供存儲控制器芯片及解決方案，產品包括存儲卡、USB閃存盤、移動硬盤、固態硬盤、硬盤陣列以及大數據存儲系統，廣泛應用于工業控制、個人消費、企業級存儲等領域，客戶包括主流的硬盤產品和存儲系統公司。

2021年11月，華瀾微“固態存儲控制器芯片關鍵技術及產業化”項目榮獲國家科技進步二等獎，本項技術是新一代電腦硬盤、大數據存儲系統的芯片級技術。

企業級SSD成品領域，華瀾微提供SATA/SAS固態硬盤產品。


江蘇華存電子

江蘇華存電子專注于存儲芯片設計和存儲解決方案研發，過去十年歷經多個存儲芯片時代更迭，成功量產流片包括PCIe Gen3，SATA Gen3，eMMC5.1，USB3.0等多代芯片。該公司成熟產品包括PCIe5.0存儲控制芯片HC9001和PCIe5.0 NVME協議固態硬盤，eMMC嵌入式存儲、SATA和PCIe消費級及企業級固態硬盤等。

面對競爭激烈的企業級SSD市場，江蘇華存電子選擇跨過PCIe4.0，直接進入PCIe5.0。2021年10月，該公司HC9001 SSD控制芯片完成研發并進入流片。

今年4月媒體報道江蘇華存電子PCIe5.0 SSD主控芯片成功流片。PCIe5.0 SSD主控芯片工程樣片已經在12代酷睿的主板上跟CPU通過PCIe5.0實現連接，產品實現量產后，將主要應用于云計算、大數據中心和企業級服務器。


聯蕓科技

聯蕓科技于2014年11月在中國杭州濱江創建，公司專注于數據管理相關芯片的研究及產業化，以數據管理、通用IP、SOC芯片為核心研發方向。

聯蕓科技產品可廣泛應用于移動通信、消費數碼、計算機、工業控制等相關領域。該公司推出的系列化創新設計的專業固態存儲（SSD/PSSD）解決方案，可為個人電腦、工業電腦提供支撐服務。

聯蕓科技固態存儲控制芯片及解決方案核心技術，包括高速數據交互通道模擬及數字IP設計技術、多CPU內核融合高性能數據協處理器SOC芯片設計技術、NAND閃存介質處理技術等，已廣泛應用于固態硬盤（SSD/PSSD）電子市場的領域。

12月28日，聯蕓科技科創板IPO正式獲得上交所受理。據披露，聯蕓科技此次擬募集資金20.5億元，所募集資金扣除發行費用后，將投資于新一代數據存儲主控芯片系列產品研發與產業化項目、AIoT信號處理及傳輸芯片研發與產業化項目、聯蕓科技數據管理芯片產業化基地項目以及補充流動資金。

得一微電子

得一微提供存儲控制芯片、工業用存儲模組、IP和設計服務在內的一站式存儲解決方案，產品覆蓋消費級、企業級、工業級、汽車級應用。

經過多年發展，得一微電子建立了通用存儲（USB/SD）、嵌入式存儲（UFS/eMMC/SPI-NAND）和SSD存儲（SATA/PCIe）的完整存儲產品線。

今年11月29日，得一微申請科創板上市已獲受理。招股書顯示，得一微本次IPO預計募集資金12.24億元，其中超4成將運用于“面向企業級/數據中心級的PCIe存儲控制器項目”。


國科微

國科微長期致力于視頻解碼、視頻編碼、固態存儲、物聯網等領域大規模集成電路及解決方案開發。

固態存儲領域，國科微推出了GK2301系列、GK2302系列、GK2302v200系列等主控芯片。

基于自家主控芯片，國科微推出面向不同應用場景的固態硬盤解決方案，其中，安全級固態硬盤應用于加密桌面機、一體機、筆記本等；桌面級固態硬盤應用于國產存儲設備以及高性價比桌面級通用機等；工業級固態硬盤應用于工控設備、工業計算機、戶外設備等；企業級固態硬盤應用于服務器、防火墻、工作站等。


憶芯科技

憶芯科技成立于2015年，業務方向覆蓋消費級和企業級SSD主控芯片，該公司自主研發的高性能低功耗NVMe SSD主控已量產出貨，固件解決方案已交付行業客戶，支持多個知名品牌廠商推出高性能NVMe固態硬盤。

今年3月，憶芯科技新一代高性能企業級PCIe4.0 SSD主控芯片STAR2000成功流片，基于12nm工藝，集成64位多核CPU和高達8TOPS算力的NPU，全面支持最新的NVMe2.0協議，面向數據中心和企業級市場，將于今年下半年推向市場。

此外，面向更高速率、更高帶寬的PCIe 5.0 SSD時代，憶芯科技表示已啟動下一代PCIe Gen5 SSD主控芯片的預研。


英韌科技

英韌科技專注全球存儲技術和數據處理系統，其聯合創始人吳子寧具有豐富行業經驗，創立英韌科技后，吳子寧統領全公司科研及未來技術方向，并直接領導SSD存儲控制器，硬盤控制器，無線互聯和中央研發團隊。

今年5月英韌科技推出PCIe 5.0 SSD控制芯片——Tacoma IG5669，可為數據中心帶來最新一代的存儲解決方案，進一步滿足當前數據中心快速增長的存儲及計算需求。

Tacoma采用4通道PCIe 5.0接口，具有16/18個NAND通道，在支持NVMe 2.0、DDR5及ONFI 5.0等最新技術協議的同時，采用10核CPU并行的命令處理方式，充分發揮PCIe Gen5和DDR5的帶寬優勢，提高存儲性能。Tacoma可廣泛應用于高端存儲領域，包括高端計算機、企業級應用、高端數據中心和人工智能等。


大唐存儲

大唐存儲長期致力于存儲控制器芯片及安全固件的研發，并提供技術先進的安全存儲解決方案。該公司擁有自主IC設計能力和底層固件研發能力，可根據用戶不同的行業需求進行差異化定制服務。

在存儲控制器芯片設計及研發創新方面，大唐存儲新一代存儲控制器芯片DSS510，在存儲行業全球首家通過EAL5+認證、首家通過國密二級認證及金融存儲芯片增強級檢測。該芯片支持4核12通道，支持SATA和PCIe 雙接口通道，支持國際AES、DES/3DES、RSA、ECC，以及國密SM2、SM3、SM4等算法，具備侵入式、半侵入式、非侵入式攻擊安全防護技術。

大唐存儲SSD產品涵蓋企業級、商業級和工業級，已適配鯤鵬、海光、龍芯、飛騰、兆芯等國產CPU平臺，并在政務、金融、電力等行業中應用。


合肥兆芯

合肥兆芯2015年6月成立于安徽省合肥市高新區，主要從事閃存控制器、eMMC、UFS、SSD固態硬盤等控制芯片與整機系統的設計研發和銷售。

該公司核心產品是內嵌式儲存裝置（Embedded）、固態儲存裝置（SSD）及集成電路主控制器，保密性存儲器相關技術的應用，可廣泛應用于消費類電子、工業類電子、物聯網、云計算、移動應用以及人工智能等領域。

目前合肥兆芯已經申請或獲權的專利有接近百項，絕大部分都是發明專利，專利技術涵蓋了幾乎所有存儲相關產品線。


衡宇科技

衡宇科技成立于2012年，可為用戶提供應用于通訊、消費電子及數據處理行業的閃存主控芯片產品，主要業務為嵌入式NAND Flash控制芯片等。

該公司全系列控制芯片，包括SSD、eMMC、SD等，官網資料顯示，衡宇科技SSD控制芯片全面支持原廠主流的3D MLC/TLC/QLC NAND。

天眼查顯示，衡宇科技于2017和2018年分別完成A輪與A+輪融資，其中A輪融資投資方有TCL、中興等，A+輪融資投資方有OPPO等企業。2019年，衡宇科技發布了帶有LDPC+AI除錯引擎的PCIe SSD和eMMC芯片來支持3D TLC和QLC內存，目前已經完成PCIe SSD控制芯片的發布與量產。