新型存储器产品的衍生进一步提升了存储控制芯片的价值
思瀚产业研究院 得一微    2023-12-15

随着云计算、大数据、人工智能的发展以及存储器产品的容量需求不断增加，半导体存储器也衍生了如计算型存储、分布式存储、基于新型存储颗粒和存储接口的持久内存等新型存储器产品形态，其对存储控制芯片的架构、功耗要求、对存储颗粒的多通道并行管理能力、数据安全等方面要求也相应变高，使得存储控制芯片在存储器产品的价值不断提高。

（1）计算型存储

计算型存储是指利用存储控制芯片的算力，将原本由主机 CPU 执行的部分数据处理任务交由存储控制芯片完成，减少了 CPU 的计算负担。计算型存储擅长处理数据密集型应用，在数据库管理、视频处理、人工智能层和虚拟化等场景的数据处理和数据加速中，相对 CPU 而言具有更快的响应时间和更低的时延，能够节省带宽，降低能耗，且由于数据在存储器内部进行处理，可实现较高的安全性和隐私性。

计算型存储由全球网络存储工业协会（SNIA）进行标准化定义和推广，并得到三星电子、Intel、英伟达、IBM 等行业领先公司的支持和应用。2020 年 11月，Xilinx 与三星电子宣布推出三星 SmartSSD 计算存储驱动器（CSD），是业界首款可定制、可编程的计算存储平台，其将计算功能推进至存储器中，可为各类应用加速，增速达 10 倍以上。

（2）分布式存储

分布式存储指把数据分散存储到多个存储服务器上，并把分散的存储资源整合成虚拟存储设备，有效提高存储系统的存储读取效率。随着云计算、大数据、人工智能的发展，海量的数据使得分布式存储逐渐替代传统单个存储服务器存放所有数据的方式。以高密度 NAND FLASH 存储颗粒和高性能存储控制芯片组成的存储系统，是分布式存储的主流方案和未来演进方向。

利用高性能存储控制芯片的存储控制技术和智能存储颗粒管理，可实现高性能、低延迟且完整的存储功能，并提供有效的数据去重、压缩和稳定的数据保护功能，满足大数据分析、视频监控、高性能计算、工业互联网、医疗影像、虚拟化云计算等非结构化数据量大、数据价值高、存储工作负载特点多样化等特点的新型应用场景。华为发布的全系列分布式存储可实现 91.6%的最高硬盘空间利用率，稳定时延小于 1ms，支持 4,096 节点扩展，满足多样性数据分析业务需求，灵活按需购买与部署，节省空间和能耗，可降低 30% TCO（总拥有成本）。

（3）基于新型存储颗粒和存储接口的持久内存

持久内存（Persistent Memory）由新型存储颗粒和新型存储控制芯片实现，在现有存储层次结构中新增一个介于内存和固态硬盘之间的层级，提供了相同成本下比内存更大的存储容量、比固态硬盘更低的访问延迟。持久内存适用于高性能、大容量、持久性等存储工作负载特点的应用场景，擅长处理人工智能、机器学习、高性能计算等工作任务。主机 CPU 在执行上述类型的工作任务时，可直接访问持久内存，无需在内存和固态硬盘间来回切换数据块。

该结构可降低成本较高的内存使用需求，提高固态硬盘的利用率，以适应不同的数据类型、技术需求和预算限制。为了充分利用持久内存的特性，构建于 PCIe 逻辑和物理层级之上、可对持久内存进行标准化管理、更好发挥持久内存的价值的 CXL 协议成为主流接口发展方向。基于 CXL 的新型存储控制芯片，实现了 CXL 协议中定义的多种新型存储协议，可支持内存、持久内存等，扩展存储容量，并支持资源共享（内存池）和交换，提升数据的高效处理和系统运算速度，使得持久内存得以快速应用落地。