ONFI协议和市场漫谈
发布日期：
2022-05-09

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ONFI 诞生记


ONFI 是Open NAND Flash Interface Group 的缩写。顾名思义，是定义开放NAND 闪存接口标准的组织。ONFI 首先于2006年3月英特尔开发者大会（IDF）上被提出。历经16年，该标准已从2006年12月推出的1.0版本发展到2021年的5.0版本。


ONFI 的诞生很大程度上和NAND 闪存的市场格局相关。从图一可以看到，三星和东芝始终把持着NAND 闪存市场前两位的交椅。虽然近年来占比有所下降，但两者相加整体市场份额仍高于50% 。而作为芯片行业老大的Intel长期市占率在个位数。2006年时的行业背景类似，所以Intel 就拉拢行业中其他玩家如SK Hynix，Micron，SanDisk （后为Western Digital收购）和Sony 等成立这个行业联盟，想要一起打破三星和东芝对这个行业的垄断。


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图一：NAND Flash 市场份额的变化

 

ONFI和Toggle 的你追我赶


虽然三星和东芝一起占了当时NAND 闪存市场超过70%份额，但因为这个联盟中的成员都是行业大佬，所以三星和东芝也非常紧张。当年三星和东芝就互相开放了一些技术和授权生产，随后在2010年又一起推出了Toggle 接口标准来对抗ONFI。Toggle 1.0 基本对标了ONFI2.0标准。ONFI 2.0 在2008年2月面世，采用了DDR的传输方式，传输速率达到133MT/s。而Toggle 1.0 也采用了DDR的传输方式，传输速率可以匹配ONFI 2.0。两者最大的区别在于Toggle 没有用时钟信号做同步，所以功耗基本来自于异步读写。


其后数年间，ONFI和Toggle两个标准交替发布，你追我赶，互为攻守。Toggle 2.0 对标 ONFI3.0 （速率为400MT/s）。ONFI4.0于2012年面世，能同时支持DDR2 667MT/s和DDR3 800MT/s的标准。而Toggle 3.0 晚了3年，直到2015年才发布，只能支持到533MT/s and 667MT/s。随后发布的Toggle 4.0才能支持到800MT/s 和 1200MT/s，又让Toggle 标准再次取得半个身位的领先。于是时隔9年之后，ONFI 5.0终于闪亮登场，第一次支持LPDDR4，重夺与Toggle竞争中的领先地位。

 


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图二，ONFI和Toggle 标准各版本传输速率的比较[2]

 

ONFI IP的市场分析


首先让我们来看一下NAND Flash的市场情况。NAND Flash 和DRAM类似，在半导体领域属于周期性比较强的一个市场。从图一可以看出，在经历2018年底的周期性衰退之后。到2022年底，NAND Flash 市场规模已经突破前高（2021 Q3 和 Q4 分别为185.9亿美元和182.9亿美元）。但目前似乎到了这个周期的顶部，因为环比销售额已经开始缓慢下滑了。但总体上来说，大数据AI时代对NAND Flash的需求还是螺旋式上升的。


再从SSD controller 的角度来看这个市场，据分析师估计，2020年全球SSD controller的市场规模约为200亿美元左右，到2030年将成长为500多亿美元的市场。SSD controller 供应商中既有Flash厂商如三星和英特尔，又有像Marvell那样专门提供controller的第三方公司。从第三方的角度，他们的controller都同时兼容ONFI和Toggle 两种标准，这样可以支持更多的Flash厂商。


所以从IP角度看，由于NAND Flash 和SSD Controller 都属于增量市场，ONFI IP 的需求处于一个上升的趋势。同时由于支持ONFI 协议的厂商更多，所以ONFI IP的需求更强。再次，由于ONFI 5.0 刚刚推出，重新夺回了对Toggle协议的领先优势，所以今后几年对ONFI 5.0 IP的需求会快速上升。此外从图三 Marvell SSD Controller 产品的结构图上可以看出，该产品同时用到了PCIe 和 ONFI的IP，对IP厂商来说有cross-sell的机会, 对奎芯科技这类同时拥有PCIe IP 和ONFI IP的企业非常有利。


ONFI协议和市场漫谈 图三. Marvell SSD Controller 结构图 [1]

 

 尾声


奎芯科技致力于开发基于先进制程的高性能半导体IP，公司已成功开发基于10个晶圆代工厂的横跨12nm到180nm制程的基础库IP超过230个，以及基于6个晶圆代工厂 横跨7nm到110nm的接口类IP超过180个。奎芯科技的研发团队聚焦先进工艺高端IP自研，目前已能提供ONFI 4.1/4.0/3.2等多个工艺节点的IP，最新ONFI 5.0 IP也正在研发中。奎芯同仁们将砥砺前行，与生态合作伙伴们并肩扶持，一起推全球'产半导体行业的加速发展。

 

参考文献：

[1] https://www.marvell.com/products/ssd-controllers.html

[2] https://phisonblog.com/nand-flash-101-flash-device-interfaces/

 

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