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(guī)模為348.6億美元,到2026年,這一數(shù)字預計將增加到803.4億美元。聚焦中國市場,根據(jù)艾瑞咨詢預測,2021、2022、2023年中國企業(yè)級SSD市場規(guī)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(xiàn)實是SSD產(chǎn)業(yè)鮮見中國廠商的身影,主要被歐美、日韓占據(jù),頭部集中度高。
中國半導體存儲產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚,但如江波龍、嘉合勁威等最早一批投身SSD產(chǎn)業(yè)的企業(yè)發(fā)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(chǎn)業(yè)邊緣游走,距離行業(yè)領先尚有一定的距離。
中國SSD產(chǎn)業(yè)發(fā)展為何如此緩慢,是技術壁壘太高還是中國SSD廠商不夠努力?本文重點從技術角度來做一些探討。
SSD難不難做?肯定是難的。有多難,從技術和生態(tài)兩個維度做一些分析。
首先看技術層面。
SSD的核心組成是主控、固件和閃存顆粒。另外,廠商在全流程的設計、測試、生產(chǎn)、定制等一體化能力也非常重要。
其中的邏輯就像造車,有了發(fā)動機、變速箱和底盤三大件,也不一定能造出一輛好車。因為不僅涉及到技術層面的調教、生產(chǎn),同時也涉及到品牌的積淀、口碑的打造。
主控-SSD的核心控制中樞
主控即主控芯片,是主板或者硬盤的核心組成部分。主控開發(fā)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(fā)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(guī)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(yè)長期發(fā)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(chǎn)品的商業(yè)化能力,才有可能得到Flash原廠的認可并實現(xiàn)大規(guī)模商用。而商業(yè)化能力又涉及到測試、生產(chǎn)和上下游協(xié)調、打通。換句話說,這不是一個單純的技術問題。
目前行業(yè)內(nèi)的SSD控制器分為三大類:針對企業(yè)級SSD的控制器,主要面向企業(yè)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(yè)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(yè)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(lián)自主研發(fā)的企業(yè)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(shù)據(jù)中心、頭部PC客戶產(chǎn)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(xiàn)。
這背后的努力是難以想象的。以憶聯(lián)為例,實力遠超名氣,深耕存儲10年以上,專注研發(fā)事業(yè),經(jīng)歷了5代以上的研發(fā)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(tài)下極致功耗優(yōu)化等攻克SSD的核心難題。
固件算法和顆粒
固件,控制器和存儲顆粒組成了SSD的肉體,靈魂則在于固件。
控制器與存儲顆粒如何完美兼容,實現(xiàn)與外部接口的高效傳導,核心都在于固件。一般有控制器開發(fā)能力的廠商都會獨立研發(fā)固件算法。主流控制器廠商也都是固件算法的提供商,比如合肥長鑫。
固件開發(fā),不僅僅需要懂行業(yè)的專業(yè)人才,還需要對算法、未來趨勢有所了解。
閃存顆粒(Flash Memory),一種非易失性存儲介質,以固定大小的區(qū)塊為單位。閃存顆粒難在哪?簡單說,閃存顆粒的結構和工作原理都極其復雜,比控制器的研發(fā)難度更大。這導致主流品牌極少,常見如三星、鎧俠,中國的長江存儲正在奮力直追。
閃存顆粒是一般廠商無力涉及的領域,又是SSD的必需,唯一的解決辦法就是和上游建立穩(wěn)定的采購關系,確保采購的穩(wěn)定和可持續(xù)??此崎W存顆粒是單純的采購關系,實際又涉及到SSD廠商實力的問題。
目前,也只有極少數(shù)有實力的企業(yè)能和國際、國內(nèi)Top NAND介質伙伴有穩(wěn)定的戰(zhàn)略級合作關系,比如華為、憶聯(lián)等。
據(jù)了解,當前有一部分國產(chǎn)SSD廠商也會繞過原廠直接采購閃存顆粒,讓制造商根據(jù)行業(yè)的需求定制一批顆粒。這需要一個長期的過程,既要與上游原廠保持固定的聯(lián)系,了解趨勢、做出主控;也要適當布局,擁有一定的自主可控能力。
封裝測試
封測作為集成電路產(chǎn)品制造的后道工序,指將通過測試的晶圓按產(chǎn)品型號及功能需求加工得到獨立集成電路的過程,可分為封裝與測試兩個環(huán)節(jié),對企業(yè)的研發(fā)能力、資金實力與技術水平都有著高要求,難易程度不言而喻。
簡單來說的話,SSD市場中,消費級SSD較為標準化,企業(yè)級SSD的需求則更為多樣化。需求多,意味著測試要求也更多,比如能否提供與業(yè)界對標的封測能力;是否可以支持3D NAND的多種封測形式;是否能夠支持高密度大容量封測;測試過后能否快速作出調整與反饋……每一項都十分考驗廠商的硬實力。
拿大家最熟悉的3D堆疊層數(shù)為例,現(xiàn)在主流到了176層,長江存儲在128層。并且大概每隔18個月,堆疊層數(shù)就會進步一次,這意味著主控、固件都需要重新設計與研發(fā),并做封測。
還不僅如此,堆疊層數(shù)只是NAND演進的一個維度。以一幢大樓為例,橫向密度(每層有幾間房)、縱向層數(shù)(能蓋多少層)、電路架構(進出是怎么樣的路線)、內(nèi)部結構(每間房可以住幾個人)是NAND演進的四個維度。原廠NAND每一個細小的進步,下游廠商都得重新走完整個研發(fā)、測試流程。
無論硬件還是軟件層面,SSD廠商都要不斷適配原廠,持續(xù)和存儲界的各種協(xié)會溝通,從而去獲取用戶的最新需求。即便如此,因原廠對下游某種程度的限制,部分場景產(chǎn)品依然無法實現(xiàn)。
目前來說,最好的解決辦法就是購買原廠的wafer,自主封測。這不僅能提升介質的可操作性,還能增加客戶的定制化服務,不過對自身的技術實力又是一個大的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)階段,國內(nèi)有自封能力的廠商極少,全球前十強封裝排名,中國內(nèi)地占比三家,分別是長電、通富、華天。憶聯(lián)在自封方面的能力處于快速補強階段,與前三家不同,憶聯(lián)不是代工企業(yè)。當前,憶聯(lián)在東莞和惠陽有兩大生產(chǎn)基地,先進高速高密度晶圓封測年封測能力可達到19000PB。
封測后,需要大規(guī)模生產(chǎn)能力及定制化能力。無論是大規(guī)模生產(chǎn)還是定制化都涉及到大量的技術管理細節(jié),比如,大規(guī)模生產(chǎn)涉及的質量管理、質量策劃、質量標準控制能力,定制化涉及的柔性開發(fā)、敏捷捕捉新市場能力。
SSD的應用場景越來越廣泛,對定制化能力的要求也越來越高。目前,在生產(chǎn)能力及定制化能力方面表現(xiàn)較為突出的有臺灣的群聯(lián)電子與創(chuàng)見、深圳的憶聯(lián)、長沙的國科微等。
生態(tài)合作也是技術的一部分
其次看生態(tài)層面。
SSD涉及上下游產(chǎn)業(yè)鏈眾多,從協(xié)議標準到主控、閃存顆粒,再到銷售渠道、解決方案提供商,有決定產(chǎn)品價格、品質、技術路線的,有決定銷路和議價能力的。上下游如何能形成更緊密的合作關系?
另外,如何獲取企業(yè)用戶的信任?與消費級市場不同,企業(yè)用戶關注的可不只有性能,還有功能、可靠性等。
所有涉及的技術問題,也不單純是技術問題。拿協(xié)議標準來說,PCIe、M.2、SATA、SAS,每個標準都是一個小圈子,以客戶為例,Server OEM、PC OEM、互聯(lián)網(wǎng)、運營商,每個都是龐然大物,需要投入巨大的精力和相當多的財力去建設、完善。
SSD是個綜合性要求非常高的行業(yè),成熟廠商要在技術上領先,包括綜合生產(chǎn)能力、核心技術人員能力,尤其要在主控、固件和解決方案的生產(chǎn)制造,產(chǎn)品的豐富度等方面有深厚積累。同時,還要不斷強化生態(tài)合作能力,在價格、技術路線、銷售渠道、解決方案定制方面有一定的話語權。除此之外,品牌、前景、口碑等方面也需要保持不錯的形象。
生態(tài)立足于技術,是面向多種合作伙伴、為客戶提供更多價值的一種有效方式。從商業(yè)角度來說,業(yè)內(nèi)均以“開放 合作 共贏”為基礎;而從技術角度看,則是更多技術細節(jié)的相互探討、方案的驗證、產(chǎn)品從實驗室走向實際場景的(大規(guī)模)驗證,以及客戶對產(chǎn)品保持的耐心等等。
技術突破還需要努力
顯而易見,SSD產(chǎn)業(yè)非??简瀸嵙Γ夹g門檻高、流程粘性強、對資金和資源的需求非常大。等一切俱備,還欠缺足夠的時間。
中國SSD產(chǎn)業(yè)在失去先發(fā)優(yōu)勢的前提下,逐年累月,一直進步。從這個維度去評價中國SSD產(chǎn)業(yè)的廠商,必須得給他們點個贊,尤其是逐步登上主流SSD舞臺的一些廠商,比如閃存顆粒領域的長江存儲、主控封測及市場方面表現(xiàn)不俗的憶聯(lián)等。
中國SSD產(chǎn)業(yè)技術在突破、產(chǎn)業(yè)鏈在不斷整合,越來越多優(yōu)秀的廠商正在從幕后走向臺前,與國際廠商的差距不斷縮小,甚至有部分領域已經(jīng)追上或者實現(xiàn)了超越。
當然,我們也要看到,近幾年有一些資本市場高舉“自主可控”的旗幟,進入芯片(包括SSD)行業(yè)。從行業(yè)趨勢來看,這是必然,但也要客觀看這一現(xiàn)象。SSD技術和芯片技術類似,很多核心技術不是花錢“買人買設備買廠房”就能“買”來的,需要長時間耕耘,在對產(chǎn)業(yè)的深入了解基礎上,一步一個腳印,逐步建立起自己的核心競爭力。
目前,中國SSD產(chǎn)業(yè)競爭還沒有進入白熱化階段,畢竟技術壁壘太高,能存活多年的廠商一定是有些實力的。并且,這條賽道未來一定不是中國廠商內(nèi)部的競爭。
對標國內(nèi)外最高水準,中國廠商要做的不只是追趕,更需要比肩、超越。因為只有站在更高的水平線上,才有可能走到產(chǎn)業(yè)鏈的尖端,這是中國SSD廠商應該重視、必須重視的。
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