Dies ist der zweite Artikel der 5-teiligen Serie über die Datenspeicherung im Automobilbereich. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die Hauptanwendung von NAND-Speicher in einem modernen Fahrzeug und warum intelligente Cockpits viel mehr Speicher benötigen.
Wie bereits in unserem vorherigen Artikel erwähnt, werden NAND-Flash-Speicher in Autos hauptsächlich in vier Hauptbereichen eingesetzt: Telematik-Steuereinheiten, Infotainmentsysteme, zentrale Gateways und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Trotz der schnell wachsenden Beliebtheit von ADAS wird die Hauptnachfrage nach NAND-Flash-Speichern in den nächsten fünf Jahren weiterhin im Bereich Infotainmentsysteme liegen, die 80 % des gesamten verfügbaren Marktes für NAND-Speicher im Automobilbereich ausmachen. In diesem Artikel werden wir die Anwendungen dieses Systems und zukünftige Trends der Speichertechnologie erkunden.
Über die Mechanik hinaus bieten Cockpits mehr Intelligenz und Unterhaltung
In der Vergangenheit waren die Menschen immer besorgt über die Motorleistung, den Motor selbst, die Geschwindigkeit, das Material der Inneneinrichtung und sogar die Stahlfestigkeits des Autos. Heutzutage sind Verbraucher jedoch daran interessiert, ob es 12-Zoll- oder 17-Zoll große Bildschirme gibt. Wie ist die Bildqualität und die Reibungslosigkeit der Bedienung? Werden Android Auto oder Apple Car Play und Streaming-Medien unterstützt? Werden Funktionen wie OTA, AR Head-up-Display und Spracherkennung unterstützt? Wie intuitiv sind die 360-Grad-Rundumsicht und die Anzeige der Rückfahrkamera?
Mit der rasanten Entwicklung der ADAS-Technologie richten die Menschen ihre Aufmerksamkeit zunehmend auf Unterhaltungsanwendungen im digitalen Cockpit. Mit dem Cockpit-System von Tesla können Menschen beispielsweise AAA-Spiele gespielt werden, und Xiaopengs KI-Assistent Xiao P kann über Sprachbefehle mit den Fahrern interagieren. Anfang dieses Jahres kündigte auch BYD seine Zusammenarbeit mit NVIDIA an, um durch die Einführung des NVIDIA GeForce NOW™ Cloud-Gaming-Dienstes in seinen Fahrzeugen das Fahrerlebnis zu verbessern.
In enfachen Worten nehmen die Anwendungen im Kfz-Cockpit explosionsartig zu, um ein besseres Fahrerlebnis anzubieten. Letztendlich treibt dieser Trend die Anforderungen an Hardwaresystemen rasant voran, einschließlich der Leistung und Kapazität von NAND-Speichergeräten (siehe Abbildung 1). Werfen wir nun einen genaueren Blick auf die Entwicklung von NAND-Flash-Speichergeräten im Kfz-Cockpitsystem.
(Abbildung 1) Die Evolution des intelligenten Cockpits verändert die Anforderungen an die Speichermedien im Fahrzeug
Die steigende Beliebtheit des UFS-Standards als Speicherlösung im Fahrzeug
Die Leistung des Automobil-Cockpit-Systems hängt zweifellos vom SoC (System on a Chip) des Systems ab. In der Vergangenheit haben wir gesehen, dass große IDM-Unternehmen (Integrated Device Manufacturer) wie Texas Instruments, NXP, Renesas Electronics und STMicroelectronics dank ihrer langjährigen Präsenz in der Automobilindustrie sowie etablierten Geschäftskanälen zu Hauptlieferanten von Infotainment-SoCs geworden sind. eMMC ist diegängige Speicherschnittstelle, die von den SoC-Produkten dieser Anbieter unterstützt wird. Ohne Zweifel ist diese ausgereifte eingebettete Speicherlösung in Märkten außerhalb von Personalcomputern und Servern die bevorzugte Wahl für verschiedene Endgeräte.
Allerdings verändert sich der Markt ständig und rasant. In den letzten sechs bis sieben Jahren sind Unternehmen wie Qualcomm, MediaTek und Samsung mit ihrer Erfahrung und ihren Produkten im Mobilfunkmarkt in diesen Markt eingestiegen und haben dabei ihre Kosten- und Leistungsvorteile genutzt. Diese SoCs, die ursprünglich für Smartphones und Tablets entwickelt wurden, haben den traditionellen IDM-Unternehmen dank fortschrittlicheren Prozessknoten und leistungsstarker Geschwindigkeit Marktanteile abgenommen. Diese mobilen SoCs konkurrieren heftig auf dem schnell iterierenden Verbrauchermarkt und ihre Chipsätze sind auf den schnelleren UFS-Standard (Universal Flash Storage) für Speichergeräte umgestiegen. Dies hat auch die Nachfrage nach UFS in Automobil-Cockpit-Systemen erhöht. Derzeit hat UFS auf dem gesamten Automotive-Speichermarkt mehr Umsatz generiert als herkömmliche eMMCs und ist zur Mainstream-Speichertechnologie für Automobil-Anwendungen geworden (siehe Grafik 1).
(Grafik 1) TAM-Prognose für Kfz-Speicher basierend auf Umsatz
Zusätzlich zu den Änderungen bei SoCs und Anwendungen, die das System dazu bringen, UFS anstelle von eMMC einzuführen, gibt es zwei weitere grundlegende Gründe: Kapazität und Bandbreite.
Erstens werden im Hinblick auf Angebot und Produktdifferenzierung eMMCs auf dem weltweiten Markt moistens für Einsteigermodelle von Smartphones, Smartwatches, Smart-TVs und Set-Top-Boxen verwendet, die relativ geringe Kapazitätsanforderungen haben. Auf der anderen Seite werden UFS vermehrt in Smartphones der mittleren bis oberen Preisklasse und Head-Mounted Displays wie VR und AR verwendet, meistens mit Kapazitäten zwischen 128GB und 512GB. Mit steigendem Kapazitätsbedarf bei Automobil-Cockpit- und Infotainmentsysteme können Anbieter von NAND-Flash-Speichern hochkapazitive UFS-Lösungen anstelle von eMMC mit hoher Kapazität anbieten, um eine konstante Versorgung sicherzustellen.
Zweitens ist die Leistung. Die Zeit, die UFS benötigt, um nach dem Einschalten den ersten Befehl zu empfangen, kann etwa 60ms betragen, während eMMC bis zu 300ms brauchen können. Darüber hinaus gibt es einen erheblichen Unterschied in der Bandbreite. Der eMMC 5.1 Standard kann eine maximale Geschwindigkeit von 320MB/s beim sequentiellen Lesen erreichen, während der UFS 3.1 Standard Daten mit einer Geschwindigkeit von nahezu 2000MB/s lesen kann, was die Startzeit des Cockpit-Betriebssystems sowie die Ladezeit für verschiedene Anwendungen und Multimedia erheblich verkürzt (siehe Grafik 2). Darüber hinaus trägt die Verbesserung der Schreibgeschwindigkeit auch zu einer schnelleren Download-Geschwindigkeit von Over-the-Air-Updates (OTA), Apps und Karten bei, um ein besseres Benutzererlebnis zu bieten. Derzeit haben hochwertige Smartphones den UFS 4.0 Standard übernommen. Angesichts des Entwicklungs-, Validierungs- und Produktionszyklus von Automobilsystemen haben Automobilhersteller die UFS 4.0 Speicherlösungen allerdings noch nicht implementiert. Dennoch können wir davon ausgehen, dass die Einführung von UFS 4.0 in Zukunft noch mehr außergewöhnliche Fahr- und Passagiererlebnisse bieten wird.
(Grafik 2) Vergleich der idealen sequentiellen Leseleistung eingebetteter Speicherlösungen
Phison – führender Anbieter von automotiven Speicherlösungen
Die Benutzererfahrungen, die das Cockpit und das Infotainmentsystem bieten, sind für Verbraucher zu wichtigen Indikatoren bei der Kaufentscheidung für ein Auto geworden. Automobilhersteller führen ständig neue Funktionen ein, darunter anspruchsvollere Navigationssysteme, Spracherkennung und -interaktion, Head-up-Displays, Gaming-Plattformen, 360 Grad Rundumsicht und Unterstützung für Streaming-Medien. Automobilhersteller streben auch danach, Umsatz aus Softwarediensten zu generieren, indem sie eine Vielzahl von Funktionen- und Anwendungsdownloads über OTA anbieten. Die steigende Nachfrage nach diesen Terminalanwendungen hat zu höheren Hardwareanforderungen für das System geführt, wodurch UFS allmählich eMMC in Unterhaltungs- und Cockpitsystemen ersetzt und zur Mainstream-Technologie für NAND-Flash-Speichergeräte in der Automobilindustrie wird.
Mit über einem Jahrzehnt Erfahrung in der Entwicklung von Produkten für den automotiven Speichermarkt hat Phison, weltweit größter Anbieter von automotive eMMC-Controllern, bereits automotive UFS-Lösungen auf den Markt gebracht, um den Marktanforderungen gerecht zu werden. Zu den bestehenden Lösungen gehören UFS 2.1/UFS 3.1 mit Kapazitäten von 64GB bis 512GB. Alle UFS-Lösungen haben den AEC-Q100-Test umfassend bestanden und die Produktion entspricht vollständig der Norm IATF-16949. Neben einem umfassenden Produktportfolio sind die automotive UFS-Lösungen von Phison auch in die Approved Vendor List (AVL) mehrerer führender Anbieter von Cockpit-/Infotainment-SoCs aufgenommen worden, wodurch Automobilherstellern und Tier-1-Systemintegratoren bei der Beschleunigung der Entwicklung von Cockpit- und Infotainmentsystemen geholfen wird.
Nachdem wir besprochen haben, wie die Veränderungen im Automobil-Cockpit und den Infotainmentsystemen die Nachfrage nach automotive UFS-Geräte ankurbeln, stellen wir in unserem nächsten Artikel die am schnellsten wachsende Speicherlösung für Automobilspeicher vor, PCIe SSD, und wie sie technische Probleme in Automobilsystemen angehen. Verpassen Sie nicht den dritten Artikel unserer automotive Speicherlösungen.
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