奎芯科技ONFI 5.0 IP，开启SSD性能新篇章

在海量数据的存储和交互需求面前，无论是SSD的技术迭代，还是市场空间的扩展，都将获得前所未有的速度和空间。特别是在AI、云计算等技术的加持下，SSD的发展即将迎来全新的阶段。

主控芯片和闪存芯片是SSD的核心，两者皆取得巨大的技术飞跃，但要让SSD实现持续的进化，还需要两者之间达成无缝的衔接，而ONFI协议就是实现这一目标的关键所在。8月26日恰逢奎芯科技成立2周年之际，奎芯科技自主研发的ONFI 5.0 PHY IP全力助推SSD步入高算力时代。

ONFI的全面崛起

【资料图】

ONFI协议是一种针对NAND Flash的开放式接口标准，旨在规范化闪存芯片和控制器之间的通信方式，提高设备的互操作性、可兼容性和性能。ONFI协议主要关注闪存芯片的读写操作，提供了一组通信命令和传输模式，以及错误检测和校正等高级功能。它的目标是使不同厂商生产的闪存芯片和控制器之间能够进行有效的通信和协作，从而提高设备的可靠性和性能。

作为一种行业标准接口，ONFI具有较强的兼容性，可以更好地适应市场需求。在处理能力方面，ONFI支持高速传输，提供更大的带宽和数据通路，使得SSD能够实现较强的处理能力，为高速应用场景提供更好的支持。重要的是，闪存芯片和控制器之间的数据传输通过ONFI接口来完成，相比于传统的IDE或者SATA接口，ONFI接口的传输速率更高，可以在更短时间内完成数据传输，从而减少了功耗。而对于企业级应用来说，由于ONFI接口具有更高的传输速率和更大的带宽，因此支持ONFI接口的SSD一般具备更多的企业级功能，如数据加密、磨损平衡、TRIM等，提供更好的数据可靠性和可管理性。总之，支持ONFI接口的SSD解决方案具有性能高、能耗低、兼容性强、处理能力强、可管理性好等特点和优势，适合在多种应用场景下使用。

ONFI IP是ONFI协议产品化的体现，主要应用在SSD的主控芯片中。这是一个非常具有潜力的市场。据相关数据，2020年全球SSD主控芯片的市场规模约为200亿美元左右，到2030年将成长为500多亿美元的规模。主要的供应商中除了三星这样能同时生产存储芯片的厂商，更多的是Marvell这样的第三方主控厂商。对于这些厂商来说，采用经过市场验证的ONFI IP，将有助于其快速将产品推向市场，从而建立竞争优势。并且，由于整个SSD市场都处在快速上升通道中，对ONFI IP的需求将有增无减。

自2006年12月第一版发布以来，ONFI协议就一直在不停演进。最新的ONFI 5.x引入了NV-LPDDR4技术，最大接口速率演进到ONFI 5.1的3600Mbps。为了解决高速接口带来的巨大信号完整性挑战，ONFI 5.x除了进一步加强写校准和VrefQ校准外，还引入了非对称DQS设计和自适应均衡器设计。这样不单能支持更高的数据传输速率和更大的块大小，还可适用于高带宽、高容量的闪存解决方案。

当前，市场上主要有ONFI 4.0和ONFI 4.2两个版本。随着SSD市场的不断扩大，ONFI IP市场也在持续增长。根据数据统计，ONFI IP市场在2019年的全球市场规模超过了4亿美元。同时，市场上的ONFI主控芯片也不断涌现，如国内的忆芯、得一微、英韧等公司都已经推出了支持ONFI标准的产品。

而作为新版本，ONFI 5.x的应用市场目前还在逐步拓展中，但已经有一些企业推出了支持该标准的产品，而且SK海力士、美光以及国内的长江存储等公司新一代NAND闪存将采用ONFI 5.0标准.

完美应对5.x的挑战

随着大数据和人工智能应用的迅速发展，对NAND Flash存储设备的需求不断提高，这也给ONIF IP在高速传输、更大容量、低功耗，以及可靠性和耐久性几个方面带来了挑战，特别是对数据的处理和存储都需要更高传输速度的场景中。

奎芯科技此次推出的ONFI 5.0 IP，不仅仅是IO的速度达到了2400Mbps，同时集成了PLL、PDL以及控制逻辑，可实现gds交付，大幅减少客户在集成和PR阶段的难度和时间。而在研发出ONFI 5.0 IP后，奎芯科技又紧跟技术最前沿，研发了最新的ONFI 5.1 规格的IP，速度高达3600Mbps，而且预研并支持了闪存颗粒即将推出的SCA（Separate Command Address）功能，使得读写效率和传输速度相对于ONFI 5.0提高了50%以上。

其次，大数据和人工智能应用产生的数据量越来越大，需要更大容量的存储器对这些数据进行处理和存储，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，并同时支持E/W和N/S两个方向，帮助客户实现多通道ONFI的应用。

第三，SSD产品的应用场景通常会是高温且多通道，对ONFI IP的低功耗实现是个巨大的挑战，奎芯科技基于低功耗的设计可以做到对数字和模拟分别开关，同时内置Power Switch对leakage power也能做到最大的优化。

最后，在可靠性和耐久性方面，奎芯科技的ONFI IP可以实时动态的对数据的延时进行校准，减少了电压和温度等环境对数据可靠性带来的影响。

因为奎芯科技可以针对SSD主控芯片提供一站式的IP解决方案，同时较早的在行业内推出了ONFI 5.0 IP，所以交付时会综合考虑客户的特性需求，必要时可定制化开发，助力客户开发出更有优势的产品。而且，已有ONFI 5.1的产品正在交付客户，能满足客户在传输速率上的追求，确保客户能及时推出更有优势的产品。

在成立之初，奎芯科技就瞄准SSD市场进行开发。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，并紧锣密鼓地在2023年2月份和5月份分别tape out了主控与DRAM缓存之间传输数据的LPDDR4x以及LPDDR5x PHY IP。

2022年2月，奎芯科技完成台积电12nm上的PCIe Gen4 的tape out，紧接着6月份完成台积电 12nm上的USB 3.2的tape out，并在10月份就完成了台积电12nm上ONFI 5.0的 tape out。目前这三个IP都已经完成回片，并且PCIe Gen4和USB 3.2都已经完成了测试并提供客户使用，ONFI 5.0在2023年3月份回片后，一周内完成2400Mbps速度的通路测试，目前已经基本上完成所有通路以及不同颗粒类型下的读写测试。

此外，早在台积电12nm ONFI 5.0回片之前，奎芯科技就已经同国内消费级和企业级SSD主控芯片的设计公司展开了三星8nm上ONFI 5.1 的PHY IP合作，预计今年Q3会交付给客户去流片。同时，也与业内主流SSD主控芯片设计公司达成合作，定于2023年Q4交付台积电12nm上的ONFI 5.1 PHY IP。

共建芯生态

随着技术标准的不断完善，ONFI已经发展成为一个开放的生态系统，老牌存储厂商如Intel、Micron、SK Hynix、Western Digital等，以及国内最大的存储供应商长存也都是ONFI的支持者。到目前为止，ONFI生态系统的水平已经比较成熟，各大SSD主控芯片厂商都在自己的SoC中采用ONFI接口去跟存储颗粒进行数据交换。

当然，也要观察到ONFI的生态系统仍面临一些挑战。首先，随着技术的发展，NAND闪存市场变得越来越充满竞争，ONFI系统需要不断发展新的技术来满足市场需求。其次，面向未来的技术要求，为了保持领先地位，ONFI标准需要不断进行调整和升级，以满足新兴应用和技术的要求。最后，尽管ONFI标准可以提升数据传输速度和带宽，但也需要考虑成本和效率问题，ONFI需要对其芯片和系统设计进行调整和优化，以提高可靠性并确保性价比。

综合而言，ONFI生态系统需要继续投入研发以满足市场需求，同时寻找满足提高效率、降低成本的技术路线，在面临着挑战的同时，也是更大的机遇。

作为ONFI生态的一员，这对奎芯科技也意味着更多的机遇。未来，其将重点打造基于互联IP的Chiplet产品和周边的IP，积极响应中国快速发展的芯片和应用需求。并且，随着公司流片的产品陆续进行回片测试，也会积极分享最新的技术进展，与客户定期展开技术交流，及时同步客户需求与产品规格，助其在合适的时间导入奎芯的IP；并通过以点带动面，积极去拓展其他相关产品类型的客户，通过可高度定制化来帮助客户实现产品上的差异化。

奎芯科技目前与国内几乎所有的SSD方案设计公司都保持了密切的联系，不断与他们讨论未来SSD上ONFI IP的应用需求方向，以进一步提升奎芯科技在ONFI IP的市场竞争力，也为客户的下一代方案提供更多的选择和可定制化的方案。

在过去的两年里，奎芯科技的团队经过不懈努力和创新，取得了令人瞩目的成果。我们相信，通过持续的技术研究和产品创新，奎芯科技将继续致力于解决智慧经济时代，算力扩展与高速互联问题，为国产SSD的发展贡献自己全部的智慧与力量。

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