平头哥首颗SSD主控芯片镇岳510发布：误码率大幅领先业界标杆

11月1日，在2023云栖大会上，阿里巴巴平头哥发布旗下首颗SSD主控芯片镇岳510，该芯片为云计算场景深度定制，实现4μs超低时延，比业界主流降低30%以上 ，误码率低至10^-18，比业内标杆领先一个数量级。镇岳510将率先在阿里云数据中心部署，可应用于AI、在线分析、在线交易、大数据分析、高性能数据库等业务场景。

为何要自研SSD主控芯片？云计算对存力提出了更高的需求

云计算符合冯诺依曼架构：数据从存储设备中取出，通过网络传送到计算单元，运算结果通过网络传输至存储设备中保存。

算力、网力、存力，共同构筑了云计算的基础。为了满足云上业务的迅猛发展，以CPU为代表的通用算力，以GPU、NPU为代表的的AI算力，以指数级迅速增加；而网络也从25GE、100GE、200GE快速演进，并将进入400GE、800GE时代。而以SSD为代表的存力，同样面临了新的挑战和诉求。

●极致的性能。SSD是计算数据的来源与结果数据的目的地，其读写吞吐速率的高低，将制约整个计算系统的性能。

●复杂负载下的稳定时延。时延是SSD从收到命令到返回命令响应的耗时。云上为了提高并发能力，业务请求通常会被拆分为多笔子请求分散到众多SSD并发执行。任何一块SSD的时延发生抖动，都会造成整个业务请求的延迟。

●更优的TCO。绿色、减碳是云数据中心的一贯追求。如何提升能效，以更低的功耗，提供更高的性能，是SSD的重要挑战。

●更高的存储密度。提高数据中心资源利用率是云的核心诉求。提高SSD的存储密度，在单块SSD内提供更大的存储容量，可以有效减少所需部署的服务器数量、交换机/路由器数量。

随着云技术进入深水区，云开始与底层芯片全方位融合联合设计，提供更好的用户体验。

第一：消除SSD接口税。通过存储软件与NAND特性完美契合，达到数据排布的最优化，后台操作的最小化。

第二：全链路QoS优化。延迟敏感型与带宽敏感型IO实现了精细化区分处理，提升延迟敏感型IO的SLA。

第三：智能卸载。可靠性计算卸载至SSD，实现全路径存储语义校验，同时也减轻了服务器主机算力开销。

随着这一系列云计算对存力提出的新的需求的出现，也使得对于SSD主控芯片的能力的要求也越来越高。基于此，平头哥选择自研了更符合“云计算需求”的SSD主控芯片镇岳510。

镇岳510发布：内置玄铁910 RISC-V多核CPU，误码率领先业界标杆一个数量级

和CPU一样，SSD是计算机系统的核心部件，主控芯片作为SSD的「大脑」，负责主机交互、协议解析与执行、数据读写、数据纠错、数据管理等核心任务，不仅直接影响整个系统的性能，还保障了业务的安全与稳定。

镇岳510则是平头哥旗下第一颗SSD主控芯片。镇岳510支持先进的PCIe 5.0接口，支持DDR5.0技术，内置玄铁910 RISC-V多核CPU，采用平头哥自研紧耦合芯片架构，对SSD任务进行高度抽象，可固化任务硬化为加速算子以提升性能，FTL关键任务则运行于玄铁910CPU以保持灵活性。

镇岳510每秒可处理高达340万笔IO，一枚镇岳510的性能，相当于1万块高性能HDD的性能总和。此外镇岳510拥有极高的能效比，每瓦功耗可提供42万笔IO访问。以一个部署了10万块SSD的数据中心为例，相比目前主流的PCIe 4.0SSD，镇岳510在相同的性能下，仅主控芯片即每年节省260万度电，按照一度电排放0.785千克二氧化碳计算，每年可减少二氧化碳排放2千吨。

镇岳510内置创新的IO自动化处理机制，前端IO解析与处理，由专用硬件模块自动完成，实现了业界领先的超低的时延（4μs），可以带给应用极佳的体验，比业界SSD降低30%以上。不仅如此，镇岳510芯片内实现了IO/SYS/GC的全链路隔离，极大的降低这些任务之间的相互干扰，提供了既低又稳定的时延表现。

镇岳510内置了平头哥自研的高性能LDPC纠错算法，编码效率逼近香农极限，同时ErrorFlow相比业内SSD更优一个数量级；同时借助平头哥自研闪存电压预测算法，可以在各种闪存的不同工况、寿命、温度等条件下，准确预测闪存电压漂移，进一步降低LDPC解码器的输入误码率。其实现了低至10^-18的UBER，相当于每读取百亿亿笔数据，才可能有一笔数据纠错失败。

镇岳510做了哪些定制？

镇岳510不仅具备更强存力、更高可靠等特点，还通过为云定制，带来更优秀的存储体验。

在传统的系统方案中，SSD与存储系统分离设计。SSD负责底层闪存数据排布，但无存储语义而无法达到最佳排布；SSD负责后台任务，但无法判断最佳启停时机；而存储系统有存储语义却无法排布闪存数据，有最佳时机却无法启停SSD后台任务。上下的割裂给整个存储系统的性能与寿命带来了额外消耗，这被称为“SSD接口税”。

因此ZNS协议被发展出来，通过将盘内FTL层上移至存储系统，达到了存储系统与闪存特性的完美匹配，消减了“SSD接口税”。2021年5月，ZNS协议被收入NVMe规范2.0版本中，并得到了SPDK、Linux以及各设备商的支持。

镇岳510完美实现了ZNS协议，通过灵活的硬件表项加速保持了高IO性能，而Zone分区状态则交由玄铁910CPU维护，保留了对新协议的灵活性。此外，镇岳510定制了Last Sector 随机写功能，实现了小报文的多次反复下盘，简化了ZNS的应用难度。

数据请求可以分为带宽敏感型与时延敏感型，不同的请求应予以不同的处理策略，才能达到业务最佳SLA。NVMe规范中制定了以队列为粒度的标准SQ调度机制，但其灵活性较差，对于业务种类复杂、追求灵活可配的云存储系统来说，它并不是最佳选择。镇岳510在支持NVMe标准的SQ调度机制的同时，额外定制了基于IO粒度的优先级调度机制，允许系统按IO打标，优先级种类多达8级，结合云存储系统，能够更好的保障延迟敏感型业务的服务质量。

云存储系统的完整数据链路 ，从计算端开始，通过网络到存储服务器，再通过内部互联到达SSD。为了保障数据的高可靠，全链路应采用语义一致的完整性校验。但NVMe规范只规定了以Sector为单位按照T10 DIF/DIX的校验机制，与存储系统的语义并不相同，因此SSD的校验与存储系统的校验产生了差异。

镇岳510以IO为粒度，遵循上层存储语义进行校验，补齐了整个存储系统的数据链路校验的最后一环。不仅如此，镇岳510还支持以存储语义对内部数据进行后台巡检，而无需再读出至服务器，节省了宝贵的PCIe带宽、服务器内存带宽与CPU算力。

据介绍，镇岳510将率先在阿里云数据中心部署。可应用于AI、在线分析、在线交易、大数据分析、高性能数据库等业务场景。

得益于基于镇岳510的SSD与阿里云数据存储底座——飞天盘古平台的软硬协同设计，提升了数据可靠性、SLA以及存储效能，构建了从芯片到系统的全栈自研分布式存储。

此外，镇岳510提供的ZNS能力与飞天盘古存储引擎协同，增强了云存储的灵活性，推进了数据中心往软件定义闪存方向发展。

小结：

过去5年，平头哥已推出多款算力芯片，其云原生处理器芯片倚天710已在阿里云数据中心规模化部署，算力性价比提升超30%，已服务数千家电商、短视频、在线教育等领域客户。此次镇岳510的问世，意味着平头哥的芯片产品家族从算力扩展到了存力领域，进一步为云计算行业提供高性价比的技术底座。

平头哥产品总监周冠锋也表示：“算力、网力、存力共同构筑了云计算的基础，算力和网络在过去几年已实现快速演进，以SSD为代表的存储技术也必须与云计算软件系统融合设计，为企业用户带来更优秀的存储体验。”

编辑：芯智讯-浪客剑