近日，憶芯科技發(fā)布自研的全新一代高端企業(yè)級SSD主控芯片STAR2000和企業(yè)級固態(tài)硬盤STAR2000E、STAR2000D。應(yīng)用于企業(yè)級市場，滿足服務(wù)器、云存儲、數(shù)據(jù)中心、AI等場景對極致性能、可靠性、安全性的存儲需求。

STAR2000是行業(yè)內(nèi)首批將Arm?Cortex-A55用作CPU、首款支持NVMe 2.0、最高性能PCIe4.0的高端企業(yè)級SSD主控芯片，能為企業(yè)級SSD帶來更長使用壽命、更靈活管理機制和更低的成本。同時集成了高達8TOPS算力的NPU，可以更好滿足企業(yè)級SSD“存算一體”的需求。

憶芯科技創(chuàng)始人/CEO沈飛表示，憶芯科技成立于2015年10月，從創(chuàng)立之初，就立志成為讓世界記住的偉大芯片公司，成為“芯”空中最亮的那顆星，這也是憶芯科技STAR系列命名的由來。從“平地春雷”到“風林火山”，再到今天的“風禾盡起”，三場發(fā)布會見證了憶芯科技從自研技術(shù)到首次商業(yè)落地再到全面商業(yè)開花的歷程，也見證了憶芯科技從第一款以地球母星命名的“Earth”遠航至今天發(fā)布會推出了STAR2000（Uranus）的漫漫征程。

憶芯科技創(chuàng)始人/CEO沈飛

STAR2000：12納米工藝、支持PCIe4.0、NVMe2.0等

具體到這顆芯片性能方面的細節(jié)，憶芯科技芯片首席架構(gòu)師薛立成博士進行了分析。

在工藝選擇上，STAR2000采用12納米工藝，這是出于成本、面積、功耗的考慮，該工藝更契合PCIe4.0 SSD主控需求，未來三到五年P(guān)CIe4.0SSD占據(jù)市場主流，成熟度高。

據(jù)了解，整個SSD主控芯片所有核心的IP都是憶芯團隊自主研發(fā)和設(shè)計。薛立成認為，自主研發(fā)帶來的好處，一是技術(shù)有競爭力，二是產(chǎn)品持續(xù)迭代的能力強，同時自主研發(fā)帶來產(chǎn)品的多樣性和差異化，例如STAR2000對存算一體的支持。

該芯片支持NVMe2.0協(xié)議，使得SSD具有一些新的特性，包括分區(qū)命名空間，可以有效地減少客戶對磁盤的寫入數(shù)量，Endurance Croup管理可以為多用戶、多應(yīng)用提供與之匹配的性能。

讀寫性能上，STAR2000的順序讀性能為7200MB/S，順序?qū)懶阅転?800MB/S；對應(yīng)參數(shù)分別為上一代產(chǎn)品的120%和300%；隨機讀性能為1750K IOPS，穩(wěn)定隨機寫性能為550K IOPS，對應(yīng)參數(shù)分別為上一代產(chǎn)品的318%和230%。

STAR2000將存儲和計算進行融合。薛立成表示，STAR2000集成8TOPS算力NPU，同時在片上實現(xiàn)硬件卷積、加速模塊，結(jié)合片上強大的CPU系統(tǒng)和支持NVMe2.0協(xié)議里面的KV特性，可以做出存算一體SSD。

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“通過KV的特性，可以有效的減少用戶API到我們盤上的訪問路徑。同時在芯片上，利用強大的算力計算，通過這些數(shù)據(jù)，我們可以把原來要先在主機端運算的運算工作下沉到盤上，并且把盤上的結(jié)果返還給主機，釋放主機的計算壓力?！毖α⒊烧f道。

此外，STAR2000能夠為可信計算提供可信根，支持商密和國密標準SM2/SM3/SM4，支持可信啟動、支持獨立盤級TPCM，支持系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信息上報可信中心，支持命名空間層的可信保護等功能。

數(shù)據(jù)閃存顆粒的老化和數(shù)據(jù)存儲時間變長，甚至外界溫度的變化，都會導致芯片上的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)錯誤。為了能夠保證數(shù)據(jù)正確讀取的可靠性，憶芯在磁盤和主控芯片上提供可靠、完整的方案，包括SSD支持端到端的數(shù)據(jù)保護，磁盤上所有的SRAM和DRAM都有ECC保護。為了應(yīng)對閃存出現(xiàn)錯誤，主控芯片提供4KB碼長的LDPC糾錯編碼，同時可以支持最高4Bit的軟Bit譯碼，讓錯誤無處遁形。為了應(yīng)對更極端、更惡劣的環(huán)境錯誤，主控芯片上還提供RAID6的數(shù)據(jù)保護，即使SSD的盤上有一塊存儲顆粒損壞，也可以把盤上所有的數(shù)據(jù)恢復回來。

除了STAR2000主控芯片的發(fā)布之外，現(xiàn)場還發(fā)布了高可靠版本STAR2008及高安全版本STAR2010，該系列主控芯片除通用數(shù)據(jù)中心之外，還可面向加固設(shè)備、可移動數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、惡劣環(huán)境存儲設(shè)備、個人電腦等場景。

基于STAR2000主控芯片，憶芯科技展示了自研的最新一代PCIe4.0高性能企業(yè)級固態(tài)硬盤STAR2000E。憶芯科技軟件首席架構(gòu)師程雪表示，STAR2000E主要面向數(shù)據(jù)中心、存儲服務(wù)器、云計算等市場，在一級國密安全、可信計算、固件加密和簽名驗簽等高規(guī)格下，更能助力數(shù)據(jù)中心安全性提升。同時STAR2000E支持ZNS/NVMe Set/KV等先進企業(yè)級功能，能夠提供更優(yōu)的系統(tǒng)存儲方案，將在批量化生產(chǎn)與商業(yè)化落地方面具備極高競爭力。

SSD如何將計算與存儲巧妙融合？

STAR2000真正的核心計算分兩個部分，一是Arm自帶的浮點加速體系，可以為定制化的、專用的數(shù)學計算進行加速；還有內(nèi)嵌的AI NPU，8TOPS算力，主要是進行AI的檢測分類網(wǎng)絡(luò)直接部署，也適配于現(xiàn)在市場上主流AI的研發(fā)方向。二是憶芯自研的矩陣計算、統(tǒng)計計算和數(shù)據(jù)索引的一系列加速器，這些都是做數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)對應(yīng)的加速手段，可稱為領(lǐng)域定制化設(shè)計。

把不同功能的硬件加速流片在一顆芯片上同時加以實現(xiàn)，保證數(shù)據(jù)通訊和交互的高效、節(jié)能，這是憶芯在架構(gòu)上的創(chuàng)新。

為了讓STAR2000搭載的8TOPSNPU模塊和實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卷積的加速模塊發(fā)揮極致性能，憶芯科技提出StarCompute存算一體架構(gòu)。程雪解析，通常SSD插在電腦上客戶運行算法程序，將獲得6.8GB/s的性能，也就是PCIe傳輸通道的速率。如果將算法程序下沉到SSD里面來運行，SSD有強大的計算能力，也可以做硬件加速。以8TSSD為例，可以獲得11GB/s帶寬。

同時，如果客戶的算法程序運行在計算CPU上，也會開發(fā)一些SDK，允許調(diào)用8TOPS NPU模塊，還會提供StorageLink片內(nèi)存儲接口，通過這個接口計算CPU程序可以獲得高達11G或者更高的存儲帶寬。

憶芯首席AI科學家孫唐博士解析，STAR2000片上共28顆CPU, 其中8核A55頻率為1.8GHz，拆分成計算簇和存儲簇，用于管理系統(tǒng)，星辰CPU做閃存通道控制的執(zhí)行，根據(jù)相應(yīng)的命令，把不同的數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的閃存通道，16個通道每個通道都有一顆，前端還有軟件定義的存儲命令分發(fā)器，也有4個CPU，這28顆CPU負責系統(tǒng)的調(diào)度和管理。

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實現(xiàn)存算一體的融合，好處是整體計算效率相比主機，能耗降低15-30倍；整體交互效率高至接近主機端的4倍以上，這就是STAR2000D可計算存儲帶來的基礎(chǔ)能力提升。

在一個以圖搜圖的場景中，四五百萬人的數(shù)據(jù)底庫的存儲容量上只需要花不到1秒鐘的時間就可以找到和搜索目標最相似的人員。

另一個例子是，某個接近千萬人口的地級市，每三個月產(chǎn)生的人臉數(shù)據(jù)量達到了15000Tb，如果要在海量的數(shù)據(jù)中，找出某一個人員某一天的行動軌跡。如果用現(xiàn)有的百億人像秒級比照系統(tǒng)，要把這15000Tb數(shù)據(jù)，從原來的硬盤導到原來的人像比對系統(tǒng)里都要三天半。但通過STAR2000D方案，在盤內(nèi)完成AI計算、模式比對、結(jié)果排序、按時間空間過濾和最終輸出。15000Tb的數(shù)據(jù)量可以已經(jīng)分100萬類，最終只需要輸出150Mb的數(shù)據(jù)，就可以完成同樣的目標。

孫唐進一步分析，實際應(yīng)用中，不僅需要人工智能的分析，也包含了大量業(yè)務(wù)處理的數(shù)據(jù)存儲和加載，數(shù)據(jù)讀出以后，還要進行檢索和比對；而在不同的應(yīng)用中，我們需要用到不同的數(shù)據(jù)庫，而不同的數(shù)據(jù)庫的搜索和比對的形式是完全不同的。

對于這樣的場景，憶芯是如何來加速對應(yīng)的AI處理的呢？

AI為我們的千業(yè)百態(tài)提供了添加標簽的能力，而這些標簽代表了不同的數(shù)據(jù)，找到標簽之后，通過聚類，存儲到不同的存儲空間領(lǐng)域，這時候如果有人想要檢索一個目標，他只需要讀取特定領(lǐng)域的存儲數(shù)據(jù)，就可以完成一次檢索。

在海量的大數(shù)據(jù)前提下，整體上的聚類數(shù)據(jù)雖然存儲在介質(zhì)中，它在同一個區(qū)域，但是通過索引檢索的時候，返回的是海量的相同標簽的數(shù)據(jù)，憶芯科技也是首創(chuàng)地在芯片上引入了比對計算加速，可以在芯片中直接找到最符合的目標，再把這個數(shù)據(jù)交給用戶，極大地降低了整體傳輸?shù)膸捄陀嬎闼枰男阅荛_銷。

比較整體系統(tǒng)成本，傳統(tǒng)的百萬級別的以圖搜圖的應(yīng)用需要用到一臺將近三四千美金的服務(wù)器，12核CPU以及高達128T算力的GPU，而在發(fā)布會展示的憶芯的存算融合一體機上，僅需要1/4的成本，就可以做到同等性能的業(yè)務(wù)實施。而通過STAR2000D內(nèi)置的CPU、板載的內(nèi)存、片上的8T 算力NPU以及高性能SSD存儲應(yīng)用，可以把成本從服務(wù)器方案的1/4再縮減近一半。孫唐說，這對業(yè)內(nèi)來說是一個顛覆性的創(chuàng)新，會對整個業(yè)態(tài)產(chǎn)生更具想象力的市場影響。

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憶芯科技從2016年開始進行基于存儲控制器的計算加速方面的研發(fā)，并申請DeepSSD商標，申請了一系列國際國內(nèi)專利。在人工智能實際落地過程中，AI模型不僅需要推理高效，同時還要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?。信息交互的極簡之道是存算融合，憶芯也將繼續(xù)投入存算一體技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)。

已與多家大型企業(yè)合作，應(yīng)用前景廣闊

憶芯科技擁有“主控+固件+算法+模組”的全方案整合能力和深度的定制化開發(fā)能力，為客戶提供全棧式企業(yè)級存儲方案。目前，多家知名廠商已經(jīng)與憶芯展開合作。

神州數(shù)碼與憶芯科技在信創(chuàng)市場展開合作。憶芯科技是神州數(shù)碼重要的數(shù)字化轉(zhuǎn)型合作伙伴，今后雙方將在國防、安平、政府、金融、運營商等多方面展開全面合作，共助信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

百度和憶芯科技開展了多項合作，雙方將于2023年推出NVMe Gen4 高性能企業(yè)級SSD應(yīng)用來提升搜索速度和存儲效率，并推進ZNS、KV技術(shù)應(yīng)用商業(yè)化，滿足更復雜化和多樣化的數(shù)據(jù)存算。2024年，百度還將在數(shù)據(jù)中心導入SSD產(chǎn)品，全力滿足云時代的智能存儲。這些都表明，云時代的下半場就是存儲的較量。

科大訊飛聯(lián)合創(chuàng)始人/聆思科技董事長胡郁表示，數(shù)據(jù)是構(gòu)成元宇宙的基本元素，算力則支撐著元宇宙虛擬內(nèi)容的創(chuàng)作與體驗，更加真實的建模與交互。因此，他非常期待未來與憶芯開展更多精彩的創(chuàng)新與合作，讓存算一體芯片在元宇宙應(yīng)用中得到更大發(fā)展。

據(jù)透露，憶芯科技的下一代產(chǎn)品將是一款面向數(shù)據(jù)中心的SSD主控芯片STAR1500（Moon），這顆芯片將首次采用更先進的工藝，支持PCIe5.0接口，以及片上自研的所有核心IP，整個芯片的架構(gòu)將不斷的升級，保證提供給客戶更好的性能表現(xiàn)。

在大數(shù)據(jù)、人工智能產(chǎn)業(yè)日益蓬勃的當下，憶芯科技也呼吁產(chǎn)業(yè)鏈上下游攜手推進計算、存儲、人工智能之間的高效溝通，構(gòu)建高性能存算融合的企業(yè)級應(yīng)用以及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。