在海量數據的存儲和交互需求面前，無論是SSD的技術迭代，還是市場空間的擴展，都將獲得前所未有的速度和空間。特別是在AI、云計算等技術的加持下，SSD的發(fā)展即將迎來全新的階段。

主控芯片和閃存芯片是SSD的核心，兩者皆取得巨大的技術飛躍，但要讓SSD實現持續(xù)的進化，還需要兩者之間達成無縫的銜接，而ONFI協(xié)議就是實現這一目標的關鍵所在。8月26日恰逢奎芯科技成立2周年之際，奎芯科技自主研發(fā)的ONFI 5.0 PHY IP全力助推SSD步入高算力時代。

ONFI的全面崛起

【資料圖】

ONFI協(xié)議是一種針對NAND Flash的開放式接口標準，旨在規(guī)范化閃存芯片和控制器之間的通信方式，提高設備的互操作性、可兼容性和性能。ONFI協(xié)議主要關注閃存芯片的讀寫操作，提供了一組通信命令和傳輸模式，以及錯誤檢測和校正等高級功能。它的目標是使不同廠商生產的閃存芯片和控制器之間能夠進行有效的通信和協(xié)作，從而提高設備的可靠性和性能。

作為一種行業(yè)標準接口，ONFI具有較強的兼容性，可以更好地適應市場需求。在處理能力方面，ONFI支持高速傳輸，提供更大的帶寬和數據通路，使得SSD能夠實現較強的處理能力，為高速應用場景提供更好的支持。重要的是，閃存芯片和控制器之間的數據傳輸通過ONFI接口來完成，相比于傳統(tǒng)的IDE或者SATA接口，ONFI接口的傳輸速率更高，可以在更短時間內完成數據傳輸，從而減少了功耗。而對于企業(yè)級應用來說，由于ONFI接口具有更高的傳輸速率和更大的帶寬，因此支持ONFI接口的SSD一般具備更多的企業(yè)級功能，如數據加密、磨損平衡、TRIM等，提供更好的數據可靠性和可管理性。總之，支持ONFI接口的SSD解決方案具有性能高、能耗低、兼容性強、處理能力強、可管理性好等特點和優(yōu)勢，適合在多種應用場景下使用。

ONFI IP是ONFI協(xié)議產品化的體現，主要應用在SSD的主控芯片中。這是一個非常具有潛力的市場。據相關數據，2020年全球SSD主控芯片的市場規(guī)模約為200億美元左右，到2030年將成長為500多億美元的規(guī)模。主要的供應商中除了三星這樣能同時生產存儲芯片的廠商，更多的是Marvell這樣的第三方主控廠商。對于這些廠商來說，采用經過市場驗證的ONFI IP，將有助于其快速將產品推向市場，從而建立競爭優(yōu)勢。并且，由于整個SSD市場都處在快速上升通道中，對ONFI IP的需求將有增無減。

自2006年12月第一版發(fā)布以來，ONFI協(xié)議就一直在不停演進。最新的ONFI 5.x引入了NV-LPDDR4技術，最大接口速率演進到ONFI 5.1的3600Mbps。為了解決高速接口帶來的巨大信號完整性挑戰(zhàn)，ONFI 5.x除了進一步加強寫校準和VrefQ校準外，還引入了非對稱DQS設計和自適應均衡器設計。這樣不單能支持更高的數據傳輸速率和更大的塊大小，還可適用于高帶寬、高容量的閃存解決方案。

當前，市場上主要有ONFI 4.0和ONFI 4.2兩個版本。隨著SSD市場的不斷擴大，ONFI IP市場也在持續(xù)增長。根據數據統(tǒng)計，ONFI IP市場在2019年的全球市場規(guī)模超過了4億美元。同時，市場上的ONFI主控芯片也不斷涌現，如國內的憶芯、得一微、英韌等公司都已經推出了支持ONFI標準的產品。

而作為新版本，ONFI 5.x的應用市場目前還在逐步拓展中，但已經有一些企業(yè)推出了支持該標準的產品，而且SK海力士、美光以及國內的長江存儲等公司新一代NAND閃存將采用ONFI 5.0標準.

完美應對5.x的挑戰(zhàn)

隨著大數據和人工智能應用的迅速發(fā)展，對NAND Flash存儲設備的需求不斷提高，這也給ONIF IP在高速傳輸、更大容量、低功耗，以及可靠性和耐久性幾個方面帶來了挑戰(zhàn)，特別是對數據的處理和存儲都需要更高傳輸速度的場景中。

奎芯科技此次推出的ONFI 5.0 IP，不僅僅是IO的速度達到了2400Mbps，同時集成了PLL、PDL以及控制邏輯，可實現gds交付，大幅減少客戶在集成和PR階段的難度和時間。而在研發(fā)出ONFI 5.0 IP后，奎芯科技又緊跟技術最前沿，研發(fā)了最新的ONFI 5.1 規(guī)格的IP，速度高達3600Mbps，而且預研并支持了閃存顆粒即將推出的SCA（Separate Command Address）功能，使得讀寫效率和傳輸速度相對于ONFI 5.0提高了50%以上。

其次，大數據和人工智能應用產生的數據量越來越大，需要更大容量的存儲器對這些數據進行處理和存儲，因此ONFI IP需要支持更高的容量和更高的密度，奎芯科技的ONFI IP可以做到支持最大8CE，并同時支持E/W和N/S兩個方向，幫助客戶實現多通道ONFI的應用。

第三，SSD產品的應用場景通常會是高溫且多通道，對ONFI IP的低功耗實現是個巨大的挑戰(zhàn)，奎芯科技基于低功耗的設計可以做到對數字和模擬分別開關，同時內置Power Switch對leakage power也能做到最大的優(yōu)化。

最后，在可靠性和耐久性方面，奎芯科技的ONFI IP可以實時動態(tài)的對數據的延時進行校準，減少了電壓和溫度等環(huán)境對數據可靠性帶來的影響。

因為奎芯科技可以針對SSD主控芯片提供一站式的IP解決方案，同時較早的在行業(yè)內推出了ONFI 5.0 IP，所以交付時會綜合考慮客戶的特性需求，必要時可定制化開發(fā)，助力客戶開發(fā)出更有優(yōu)勢的產品。而且，已有ONFI 5.1的產品正在交付客戶，能滿足客戶在傳輸速率上的追求，確?？蛻裟芗皶r推出更有優(yōu)勢的產品。

在成立之初，奎芯科技就瞄準SSD市場進行開發(fā)。在2022年2月，奎芯科技tape out了PCIe 4.0 PHY IP后，于同年10月份又tape out了ONFI 5.0 PHY IP，并緊鑼密鼓地在2023年2月份和5月份分別tape out了主控與DRAM緩存之間傳輸數據的LPDDR4x以及LPDDR5x PHY IP。

2022年2月，奎芯科技完成臺積電12nm上的PCIe Gen4 的tape out，緊接著6月份完成臺積電 12nm上的USB 3.2的tape out，并在10月份就完成了臺積電12nm上ONFI 5.0的 tape out。目前這三個IP都已經完成回片，并且PCIe Gen4和USB 3.2都已經完成了測試并提供客戶使用，ONFI 5.0在2023年3月份回片后，一周內完成2400Mbps速度的通路測試，目前已經基本上完成所有通路以及不同顆粒類型下的讀寫測試。

此外，早在臺積電12nm ONFI 5.0回片之前，奎芯科技就已經同國內消費級和企業(yè)級SSD主控芯片的設計公司展開了三星8nm上ONFI 5.1 的PHY IP合作，預計今年Q3會交付給客戶去流片。同時，也與業(yè)內主流SSD主控芯片設計公司達成合作，定于2023年Q4交付臺積電12nm上的ONFI 5.1 PHY IP。

共建芯生態(tài)

隨著技術標準的不斷完善，ONFI已經發(fā)展成為一個開放的生態(tài)系統(tǒng)，老牌存儲廠商如Intel、Micron、SK Hynix、Western Digital等，以及國內最大的存儲供應商長存也都是ONFI的支持者。到目前為止，ONFI生態(tài)系統(tǒng)的水平已經比較成熟，各大SSD主控芯片廠商都在自己的SoC中采用ONFI接口去跟存儲顆粒進行數據交換。

當然，也要觀察到ONFI的生態(tài)系統(tǒng)仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，隨著技術的發(fā)展，NAND閃存市場變得越來越充滿競爭，ONFI系統(tǒng)需要不斷發(fā)展新的技術來滿足市場需求。其次，面向未來的技術要求，為了保持領先地位，ONFI標準需要不斷進行調整和升級，以滿足新興應用和技術的要求。最后，盡管ONFI標準可以提升數據傳輸速度和帶寬，但也需要考慮成本和效率問題，ONFI需要對其芯片和系統(tǒng)設計進行調整和優(yōu)化，以提高可靠性并確保性價比。

綜合而言，ONFI生態(tài)系統(tǒng)需要繼續(xù)投入研發(fā)以滿足市場需求，同時尋找滿足提高效率、降低成本的技術路線，在面臨著挑戰(zhàn)的同時，也是更大的機遇。

作為ONFI生態(tài)的一員，這對奎芯科技也意味著更多的機遇。未來，其將重點打造基于互聯IP的Chiplet產品和周邊的IP，積極響應中國快速發(fā)展的芯片和應用需求。并且，隨著公司流片的產品陸續(xù)進行回片測試，也會積極分享最新的技術進展，與客戶定期展開技術交流，及時同步客戶需求與產品規(guī)格，助其在合適的時間導入奎芯的IP；并通過以點帶動面，積極去拓展其他相關產品類型的客戶，通過可高度定制化來幫助客戶實現產品上的差異化。

奎芯科技目前與國內幾乎所有的SSD方案設計公司都保持了密切的聯系，不斷與他們討論未來SSD上ONFI IP的應用需求方向，以進一步提升奎芯科技在ONFI IP的市場競爭力，也為客戶的下一代方案提供更多的選擇和可定制化的方案。

在過去的兩年里，奎芯科技的團隊經過不懈努力和創(chuàng)新，取得了令人矚目的成果。我們相信，通過持續(xù)的技術研究和產品創(chuàng)新，奎芯科技將繼續(xù)致力于解決智慧經濟時代，算力擴展與高速互聯問題，為國產SSD的發(fā)展貢獻自己全部的智慧與力量。

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