在本月16日舉行的《存儲(chǔ)技術(shù)之巔》第一次線下交流活動(dòng)中，精通Oracle的女神Lunar和Greenliant綠芯科技VP李炫輝先生，分別帶來(lái)了“Oracle在非傳統(tǒng)存儲(chǔ)上的應(yīng)用交流”和“閃存技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)”這2個(gè)分享主題。

數(shù)據(jù)庫(kù)方面我不專(zhuān)業(yè)，因此就班門(mén)弄斧分享點(diǎn)閃存方面的收獲和心得。本文是第一篇，后面計(jì)劃還有2個(gè)小的話題。

在原本我為大家準(zhǔn)備的內(nèi)容之前，先插入一段業(yè)內(nèi)高人的討論——這兩天在網(wǎng)上的新發(fā)現(xiàn)：）在未經(jīng)確認(rèn)的情況下，暫時(shí)隱去了他們的名字/昵稱(chēng)。

FPGA搞不定LDPC？在SSD上的生命力能否延續(xù)

F君：“FPGA最大的問(wèn)題是搞不定ECC，繞不過(guò)去的問(wèn)題，以后必然是ASIC。

至少ECC是在ASIC里，主控另說(shuō)。”

L君：“FPGA高ECC主要是邏輯資源不夠，Flash通道多后，一個(gè)FPGA帶寬就上不去了，每個(gè)通道都需要獨(dú)立計(jì)算ECC。”

F君：“ECC組合邏輯比較大，比如BCH32，在FPGA上能跑100M的頻率就不錯(cuò)了，提供的帶寬不夠以后性能的增長(zhǎng)。而且以后的Flash的BER（bit error rate，誤碼率）越來(lái)越大，肯定需要更強(qiáng)ECC，需要資源更大。”

L君：“所以LDPC硬Core成為一個(gè)關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。

應(yīng)該說(shuō)LDPC Core硬化，做到芯片里，FPGA目前基本沒(méi)有合適的能承載LDPC的商用方案。”

在《破解PCIe SSD進(jìn)化：從踩坑到解決方案》一文中，我曾經(jīng)提到“FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活性強(qiáng)，缺點(diǎn)是封裝尺寸和發(fā)熱量比ASIC較大，數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后成本不如ASIC。”

上面這段聊天中，我沒(méi)看到來(lái)自Fusion-io或者寶存科技的人發(fā)表意見(jiàn)。很早就聽(tīng)說(shuō)Fusion-io考慮過(guò)自己做ASIC控制器；而國(guó)內(nèi)Memblaze最新的PBlaze4在NVMe時(shí)代也開(kāi)始轉(zhuǎn)向使用PMC的ASIC。

關(guān)于BCH糾錯(cuò)，我首先想起了當(dāng)年看到的SandForce SSD控制器結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)該是每512byte 55b的ECC引擎。

隨著NAND閃存制程的不斷縮小以及TLC應(yīng)用的推進(jìn)，誤碼率確實(shí)在提高，因此更好的糾錯(cuò)算法顯得越發(fā)重要。

上圖來(lái)自Altera在Flash Memory Summit2014上的演講資料，可以看到LDPC和BCH的對(duì)比優(yōu)勢(shì)。

在我印象中，另一位閃存行業(yè)的資深人士曾經(jīng)表示：“在LDPC上面，除了Marvell和LSI都是小學(xué)生。”

為什么這樣說(shuō)呢，因?yàn)?/span>LDPC技術(shù)在硬盤(pán)控制器上也發(fā)展了一些年頭。我們知道硬盤(pán)的磁記錄密度已經(jīng)非常大了，對(duì)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換之后的糾錯(cuò)也是必不可少的。而今天的硬盤(pán)控制器（含前置放大）主要就是Marvell和LSI（與希捷合作）兩家提供。當(dāng)然硬盤(pán)和SSD的速度不可同日而語(yǔ)，那么當(dāng)初LSI收購(gòu)SandForce以及最終賣(mài)給希捷也有一定技術(shù)互補(bǔ)的成分吧。

好奇心使我繼續(xù)翻看上面那個(gè)文檔，如上圖中紅圈的部分，FPGA應(yīng)該也能實(shí)現(xiàn)LDPC。

繼續(xù)看上圖，Altera認(rèn)為并行化的Parity矩陣允許更快的（LDPC）算法執(zhí)行。

李炫輝：“BCH算法需要更強(qiáng)的計(jì)算資源，而FPGA資源有限，LDPC則可以在同樣數(shù)量校驗(yàn)碼的情況下，實(shí)現(xiàn)更多位的糾錯(cuò)，但是只有在錯(cuò)碼率較高的情況下，LDPC的效率才會(huì)高。

因此我推測(cè)，轉(zhuǎn)向LDPC后，利用3D或多層制程技術(shù)的高容量NAND顆粒，可以大幅度提升單卡容量，但是性能提升會(huì)相對(duì)有限。

因此，如何平衡大容量以及性能會(huì)是架構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題。”

我的另一位朋友，《存儲(chǔ)技術(shù)之巔》Super管理員，擁有FPGA開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的Carol_cao表示：“需要多少資源？高端FPGA那么多資源，不夠？

不過(guò)這么貴的產(chǎn)品，做ASIC一定是看到了市場(chǎng)，或者說(shuō)已經(jīng)做出了部分市場(chǎng)，要不然得玩死；

不走高制程，ASIC價(jià)格也下不來(lái)，制程高了，很多問(wèn)題來(lái)了；

沒(méi)有底蘊(yùn)沒(méi)有實(shí)力的不敢這么做呀。”

點(diǎn)評(píng)：至于FPGA到底能否實(shí)現(xiàn)承載LDPC的商用方案？在效率上有沒(méi)有價(jià)值？筆者不是SSD設(shè)計(jì)方面的專(zhuān)家，在這里不敢下什么結(jié)論，只是希望為大家進(jìn)一步的討論拋磚引玉。

文章開(kāi)頭引用的話中有一句“每個(gè)通道都需要獨(dú)立計(jì)算ECC”，而ONFi和ToggleDDR閃存接口速率也越來(lái)越高，這對(duì)單芯片ASIC的處理能力會(huì)不會(huì)也有挑戰(zhàn)呢？（注：PCIe SSD上32個(gè)通道是比較普遍的現(xiàn)象）

分布式ECC：NAND封裝閃存控制器

如上圖，未來(lái)我們會(huì)看到一種將NAND Flash和閃存控制器（包含ECC和FTL）集成于一顆芯片的方案。

Greenliant這家公司是做IC出身，現(xiàn)在也做PCIe SSD，這意味著右邊的芯片要把來(lái)自閃存工廠的半導(dǎo)體也封裝進(jìn)去。那么，我認(rèn)為已經(jīng)擁有控制器技術(shù)的三星、美光等也可能這么干吧。

我還注意到左邊的邏輯單元中沒(méi)看到PCIe或者SATA等主機(jī)接口，那么這種“NANDrive”應(yīng)該還需要轉(zhuǎn)接一下。

上圖中的G-card Controller就是剛才所說(shuō)的“樞紐芯片”，其內(nèi)部除了PCIe 2.0 x4接口之外，System Controller管理者控制緩存和數(shù)據(jù)緩存，此外還有8個(gè)NANDrive ArrayController模塊，各自控制5顆NANDrive組成多個(gè)RAID組。

也許就是因?yàn)閷?/span>ECC和FTL這部分閃存控制功能甩了出去（聽(tīng)李總說(shuō)還可以做全局FTL），G-card Controller芯片能夠加強(qiáng)其它部分，因此被稱(chēng)為“板載硬件RAID的控制器架構(gòu)”。

深夜我忽然想起：上圖中的G-card Controller有沒(méi)有可能換成FPGA呢？來(lái)看看下面這個(gè)圖。

在Violin Memory全閃存陣列中，FPGA的應(yīng)用就分成了2部分——RAID控制和閃存控制，IBM FlashSystem（TMS）的情況也是類(lèi)似。這里的Flash Control和閃存尚未封裝在一起，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的規(guī)模也比單卡要大。

李炫輝：“Greenliant下一代產(chǎn)品除了對(duì)外的接口會(huì)采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議外，內(nèi)部ASIC與分布式控制器之間，以及控制器與顆粒之間均會(huì)采用私有協(xié)議（也就是說(shuō)FPGA沒(méi)法加進(jìn)來(lái)玩了）。同時(shí)在算法上也會(huì)根據(jù)不同的顆粒特性做調(diào)整。

因此Greenliant的下一代產(chǎn)品也是基于自己的ASIC芯片，現(xiàn)在第一代產(chǎn)品（PCIe SSD，據(jù)說(shuō)已經(jīng)支持NVMe）用了FPGA。”

未來(lái)的幾天中，我還想跟大家分享Host-Based和Device-Based的融合，以及SSD掉電保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容，感謝關(guān)注。

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