缺芯路上, 存储控制器国产芯该如何自强?

2018-05-16 10:06 企业新闻   来源:电子发烧友

导读关于存储控制芯片的重要性,中国第一颗晶体管的设计参与者、中国半导体领域开拓性的专家邓先灿教授的描述比较通俗形象:“硬盘就好比是数据存储的仓库,存储器是房间,控制器是大门、是看门人;大门和看门人必须是中国人,信息才能够安全。”  

国内存储器三大剑客长江存储、合肥长鑫、福建晋华最近动作频仍,纷纷投资扩建,助力存储器芯片的研发与量产。而数千亿元的投入只为补齐存储器领域的“短板”,在国家信息安全层面搭建新的“盾牌”。中兴事件的持续发酵、美国加强对华为的审查等台面上的明战,更让国内IC业明了生态的重要。存储产业在全球IC业的比重超过三分之一,中国本土投入重金打造存储生产线,为与之配套的存储控制器厂商开辟了巨大的机会。

 

关于存储控制芯片的重要性,中国第一颗晶体管的设计参与者、中国半导体领域开拓性的专家邓先灿教授的描述比较通俗形象:“硬盘就好比是数据存储的仓库,存储器是房间,控制器是大门、是看门人;大门和看门人必须是中国人,信息才能够安全。” 为掌握芯片领域制高点,不只要在设计工具(EDA)、知识产权核(IP)、生产制程、材料、软件等全面布局,在处理器(CPU)、可编程器件(FPGA)等通用关键芯片突破,更要寻求在视频音频、信号处理、存储控制器、通信协议等方面的专用IC的开拓。与国家大力打造存储器产业相呼应的是,作为产业链必不可少的环节,存储控制器领域的争夺亦不容忽视。

 


 

现实的突破

为何控制器芯片如此重要?众所周知,在信息存储应用领域,大量涵盖存储卡、U盘/移动硬盘、固态硬盘乃至大数据存储设备和服务器高速总线的核心控制器芯片,都需要存储控制器来完成相关的存储功能。以固态硬盘为例,固态硬盘如今是电脑的标配,固态硬盘的核心是控制器和存储器两部分,存储器是信息存储的标准单元,追求高密度存放数据,而存储控制器,则是管理存储器并通过计算机总线和主芯片实现数据读/写的复杂功能芯片,实际上它是一颗包含了计算机接口核心技术和存储芯片管理技术的片上系统芯片(SoC)。

 

在存储应用市场,不只是存储器“旁落于人”,存储控制器领域也大都为国际巨头所掌握,除了各闪存原厂如Samsung、intel、Toshiba、Sandisk等具有自己的存储控制器外,第三方存储控制器厂商SMI、Marvell等也占据较大市场份额。而中国要实现信息安全,这些芯片必然要国产化。国内一些厂商也在纵身投入,率先冲出“重围”的杭州华澜微电子股份有限公司(SageMicro)集十数年之功,设计并产业化了具有自主知识产权的系列芯片,包括十几个型号的SD/eMMC/CF存储卡控制器、固态硬盘、计算机接口桥接/硬盘阵列控制器芯片,在国内外市场不断获得佳绩。

 

华澜微副总裁兼首席营运长周斌告诉记者说,控制器芯片涉及CPU、接口、IP、算法等多重因素,一方面华澜微多年来积累起了计算机接口和固态存储方面丰富的知识产权核(IP)和算法,如闪存管理的算法、纠错算法、加密解密算法,从SD/MMC到USB 、从IDE到SATA、PCIe和NVMe的物理层到协议层等的IP积累。这些IP在国际市场上的单次授权费用都会超过几十万美元,而华澜微团队十几年潜心开发了这些自主IP 。另一方面,华澜微还通过核心的加密算法技术实现了数据信息安全的芯片级防护。“这些IP不只是华澜微独有,如果国内外有客户需求,还可以授权的方式提供给客户。”周斌强调。

 

在存储控制器芯片攻城略地之外,华澜微在存储桥接芯片领域也获得了国际和国内市场认可。通过收购20多年历史IniTIo(晶量电子)完善市场配置,由于三大硬盘厂商都是IniTIo芯片的客户,华澜微在存储桥接芯片领域出货不断攀高,成为继台湾祥硕和智微之后的国际主流桥接芯片厂商。

 

同时,除提供自主可控存储控制芯片、桥接芯片外,华澜微还双管齐下,整合供应链,开发可控安全的国产全固态硬盘及大容量固态存储板卡等标准和定制化系统产品,比如前两年开发的2.5英寸的10TB全球最高密度硬盘以及具有特色应用的固态硬盘,满足了相关行业用户的深度应用需求。据悉,华澜微按实际需求设计的各种加密存储和加密自毁方案,成为全球各国安全存储方面的主流选择。为配合国产化应用需求,华澜微还配合客户在龙芯、申威、飞腾等平台和中标麒麟、银河麒麟等操作系统下做应用开发,并配合客户应用推出了一系列加密硬盘、分区硬盘、自毁硬盘。也因此,华澜微完成了转型为国内顶尖的存储控制器芯片、模组及系统提供商的蜕变。

 

而华澜微并不因此而自得。周斌说:“华澜微是这一细分行业的精致的耕耘者,专注于存储控制器芯片和计算机/服务器接口芯片市场,实现国产化肯定是有益于中国信息安全的使命。但对于华澜微来说,重要的仍是在国际大竞争环境下盈利生存,以理智、友好、平等看待任何竞争,以坚韧不拔、踏踏实实的努力来获得客户信任为根本,华澜微倡导的文化就是‘激情创新、用心造芯’。”

 

持续的考验

毕竟开发芯片一直以来的命题就是要不断迭代,而存储器控制器也概莫能外,并且面临与市场需求“共振”的挑战。

 

周斌介绍说,一方面,从磁介质存储到固态硬盘,从RAM、ROM到3D NNAND等,存储介质变化越来越快。同时一部分闪存厂自己做控制器,为第三方存储控制器厂商带来新的压力。另一方面,随着物联网、AI和大数据等技术的发展,客户定制化需求越来越高,存储接口越发多元化,从传统SATA、SAS再到PCIe接口芯片。此外,更高速率、更低功耗、更安全等要求对控制器的CPU、算法等要求日益走高。这就要求控制器厂商要不断提前规划和布局,备好“弹药”来上场。

 

 

从市场来看,产业发展需要不断“因利制权”。周斌分析说,当下全球固态硬盘控制器2亿颗,传统磁盘存储控制器6亿颗左右,总需求量在8亿颗左右,未来固态硬盘控制器的需求不断走高。从控制器接口来看,既有传统主流的IDE、SATA、SAS控制器接口芯片,也有迅速成长中的PCIe接口芯片,目前固态硬盘应用市场中PCIe占三成,SATA接口占六成,而SAS接口大约占一成。未来由于大数据和服务器应用的需求不断增长,PCIe接口占比将攀升,以满足越来越多的数据加速、高速缓存等功能实现。

 

着眼于未来应用变化和市场走向,华澜微除在存储控制器领域潜心耕耘国内外市场之外,也将面向服务器存储控制器芯片和大数据硬盘阵列控制器开始“增量”计划。周斌认为,这不仅是适应国内大数据和服务器产业的技术变革需求,同时也是满足存储器、服务器国产化需求之举。在高性能的硬盘控制器、硬盘阵列控制器领域,华澜微将持续开拓。

 

未来的机会

在中国集成电路芯片进口额达2000多亿美元、超过石油的今天,华澜微成为极少数以中国芯片出口全球的IC设计公司,全球知名硬盘公司希捷、东芝都是华澜微的客户,这既是一份殊荣,亦是一种鞭策。

 

最近的中兴事件、华为被美国调查等事件引发国内IC业的集体反思。可以说国内IC业一直是在冒着炮火匍匐前进,如今炮火已越来越凶猛,国内IC业的生态羸弱,需要多年的投入以及不随大流、创新、冒险、容错的社会文化氛围和教育体制跟进。

 

对此,周斌指出,IC业向中国转移的大趋势不会改变,国内有最大的应用市场,照搬是不行的,一定要下沉到应用场景,不断积累,不断突破,一版版地潜下心来做。 同时,要注意的是,芯片处于产业链的上游,从芯片到软硬件集成,从参考设计再到客户应用,链条很长,从开发到量产进入市场的周期也很长,要提前做好规划,瞄准应用深潜。同时,也希望国家在政策、标准、资金等各方面做好顶层设计,不断优化环境。

 

如今国内的产业环境也在不断迁移,智能手机正在加速洗牌,5G、物联网、人工智能、区块链等新业态,将成就新的势力和新的业态。业内人士曾指出,中兴通讯再次被精准打击之后,行业企业只有把性能真正做到适应产业应用,能够走出实验室实现量产,可以大规模替代进口芯片,才能帮助国内系统厂商解开套在脖子上的枷锁。这是需要成千上万个芯片设计企业才能够完成的产业链,也只有成千上万个设计公司才能够支持起投资巨大的半导体生产线,反过来,半导体生产线也才能够有足够的“米下锅”,形成良性循环。

 

事实上,在存储控制器领域,华澜微一开始就立足国内但并非局限于国内,而是直接进入了国际竞争,虽然历经艰难险阻,但长期来看,这是我国芯片发展必然要面对的局面,早适应、早参与,才能够获得更持久的忍耐力和更强大的竞争力。

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