在本月16日舉行的《存儲技術之巔》第一次線下交流活動中，精通Oracle的女神Lunar和Greenliant綠芯科技VP李炫輝先生，分別帶來了“Oracle在非傳統(tǒng)存儲上的應用交流”和“閃存技術及市場發(fā)展趨勢”這2個分享主題。

數(shù)據(jù)庫方面我不專業(yè)，因此就班門弄斧分享點閃存方面的收獲和心得。本文是第一篇，后面計劃還有2個小的話題。

在原本我為大家準備的內(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)確認的情況下，暫時隱去了他們的名字/昵稱。

FPGA搞不定LDPC？在SSD上的生命力能否延續(xù)

F君：“FPGA最大的問題是搞不定ECC，繞不過去的問題，以后必然是ASIC。

至少ECC是在ASIC里，主控另說。”

L君：“FPGA高ECC主要是邏輯資源不夠，Flash通道多后，一個FPGA帶寬就上不去了，每個通道都需要獨立計算ECC。”

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

L君：“所以LDPC硬Core成為一個關鍵競爭力。

應該說LDPC Core硬化，做到芯片里，FPGA目前基本沒有合適的能承載LDPC的商用方案。”

在《破解PCIe SSD進化：從踩坑到解決方案》一文中，我曾經(jīng)提到“FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的特點是設計靈活性強，缺點是封裝尺寸和發(fā)熱量比ASIC較大，數(shù)量達到一定規(guī)模后成本不如ASIC。”

上面這段聊天中，我沒看到來自Fusion-io或者寶存科技的人發(fā)表意見。很早就聽說Fusion-io考慮過自己做ASIC控制器；而國內(nèi)Memblaze最新的PBlaze4在NVMe時代也開始轉向使用PMC的ASIC。

關于BCH糾錯，我首先想起了當年看到的SandForce SSD控制器結構圖，應該是每512byte 55b的ECC引擎。

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

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

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都是小學生。”

為什么這樣說呢，因為LDPC技術在硬盤控制器上也發(fā)展了一些年頭。我們知道硬盤的磁記錄密度已經(jīng)非常大了，對模擬信號轉換之后的糾錯也是必不可少的。而今天的硬盤控制器（含前置放大）主要就是Marvell和LSI（與希捷合作）兩家提供。當然硬盤和SSD的速度不可同日而語，那么當初LSI收購SandForce以及最終賣給希捷也有一定技術互補的成分吧。

好奇心使我繼續(xù)翻看上面那個文檔，如上圖中紅圈的部分，FPGA應該也能實現(xiàn)LDPC。

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

李炫輝：“BCH算法需要更強的計算資源，而FPGA資源有限，LDPC則可以在同樣數(shù)量校驗碼的情況下，實現(xiàn)更多位的糾錯，但是只有在錯碼率較高的情況下，LDPC的效率才會高。

因此我推測，轉向LDPC后，利用3D或多層制程技術的高容量NAND顆粒，可以大幅度提升單卡容量，但是性能提升會相對有限。

因此，如何平衡大容量以及性能會是架構設計面臨的問題。”

我的另一位朋友，《存儲技術之巔》Super管理員，擁有FPGA開發(fā)經(jīng)驗的Carol_cao表示：“需要多少資源？高端FPGA那么多資源，不夠？

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

不走高制程，ASIC價格也下不來，制程高了，很多問題來了；

沒有底蘊沒有實力的不敢這么做呀。”

點評：至于FPGA到底能否實現(xiàn)承載LDPC的商用方案？在效率上有沒有價值？筆者不是SSD設計方面的專家，在這里不敢下什么結論，只是希望為大家進一步的討論拋磚引玉。

文章開頭引用的話中有一句“每個通道都需要獨立計算ECC”，而ONFi和ToggleDDR閃存接口速率也越來越高，這對單芯片ASIC的處理能力會不會也有挑戰(zhàn)呢？（注：PCIe SSD上32個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，未來我們會看到一種將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自閃存工廠的半導體也封裝進去。那么，我認為已經(jīng)擁有控制器技術的三星、美光等也可能這么干吧。

我還注意到左邊的邏輯單元中沒看到PCIe或者SATA等主機接口，那么這種“NANDrive”應該還需要轉接一下。

上圖中的G-card Controller就是剛才所說的“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NANDrive ArrayController模塊，各自控制5顆NANDrive組成多個RAID組。

也許就是因為將ECC和FTL這部分閃存控制功能甩了出去（聽李總說還可以做全局FTL），G-card Controller芯片能夠加強其它部分，因此被稱為“板載硬件RAID的控制器架構”。

深夜我忽然想起：上圖中的G-card Controller有沒有可能換成FPGA呢？來看看下面這個圖。

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

李炫輝：“Greenliant下一代產(chǎn)品除了對外的接口會采用標準協(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采用私有協(xié)議（也就是說FPGA沒法加進來玩了）。同時在算法上也會根據(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)說已經(jīng)支持NVMe）用了FPGA。”

未來的幾天中，我還想跟大家分享Host-Based和Device-Based的融合，以及SSD掉電保護的相關內(nèi)容，感謝關注。

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