メモリとストレージのソリューションが豊かな自動車体験の鍵となる理由

Author Sebastien Jean & Rick Wang | 2022 年 8 月 29 日 | 全て, 自動車

この記事（最近公開されたものを編集したもの）フューチャライド）では、今日の高度な車載ストレージおよびメモリソリューションが自動車のパフォーマンス、品質、信頼性、安全性の再定義にどのように役立っているかを知ることができます。

今日の自動車は単なる移動手段ではありません。他の最新のデバイスと同様に、これらはヒューマンコンピューターインタラクション (HCI) を活用して、コミュニケーション、情報、エンターテイメントのミニセンターとなっています。継続的なデータ収集と分析によって実現される自動車テクノロジーの革新により、前例のないレベルで接続と自動化が推進されています。

データとテクノロジーが一体となって、全く新しい世界の車内体験をドライバーと乗客に提供しています。自動車は、車両および環境パラメータのホストのマッピングと追跡を可能にするだけでなく、乗員の行動パターンを分析して、常に高度なライフスタイルの選択肢を提供しています。

いずれにせよ、自動車業界は、人の介入をほとんど行わずに安全に走行できると同時に、乗客に旅行中の快適さと豊かな体験を提供できる自動運転車 (AV) の開発を目指しています。先進運転支援システム (ADAS) などのテクノロジーフレームワークは、車両 AI とセンサーテクノロジーを使用してこれを可能にしています。

ソース：マッキンゼー

これらのシステムは、リアルタイムのデータで瞬時の意思決定を可能にし、人間の介入をほとんどまたはまったく行わずに快適さと安全な運転を保証します。現在、レベル 3 機能 (条件付き自動化) を備えた AV は一般的に使用されると予想されています。 2024 年までに道路で見られるようになる一方、レベル 4 の機能 (高度な自動化) を持つユーザーは、高速道路でパイロットプログラムを開始できる可能性があります。早ければ2025年までに.

言うまでもなく、これらの自動車システムは膨大な量のデータを生成および処理します。たとえば、Google の自動運転車は、約1GB/秒。米国の平均的な自動車ドライバーの年間運転時間が約 600 時間であることを考えると、これは、自動車 1 台あたり年間 2 ペタバイト (PB) という驚異的なデータストレージと処理要件が必要になることを意味します。

そしてその自動車用ストレージ要件はそれだけではありません。接続性の問題があります。あデルによる調査は、2030 年までに 9,000 万台の AV が接続され、合計で毎日 1 ゼタバイト (ZB) が生成されることを示しています。

最後に、車載インフォテインメント (IVI) システムがあります。これは数十年前から存在しています。これらには、乗客用のオーディオビジュアルエンターテインメントシステムや、ドライバーに 3D 地図、道順、交通状況などを提供するナビゲーションやテレマティクスが含まれます。ストリーミングオプションは存在しますが、データ接続が常に信頼できるとは限りません。このシナリオに対処するために、ほとんどのストリーミングサービスでは、自宅にいながらローカルコピーをダウンロードするオプションを提供しています。この傾向は今後も消えることはなく、車内保管庫のニーズはさらに高まっています。

ここでの明らかな教訓は、OEM、ティア 1 自動車部品、ストレージ/メモリのサプライヤーは、この需要を満たすために、まだ計画を立てていない場合は、すぐに計画を開始する必要があるということです。

車載用ストレージの需要の高まり

すでに述べたように、今日の自動車のメモリとストレージの要件は一方向にのみ増加しています。どの自動車メーカーも、より多くのデータ主導型機能を提供することで競合に勝とうとしていますが、その範囲は時間の経過とともに増加すると予想されます。

- - テレマティクスおよび V2X アプリケーション – 8 GB ～ 64 GB
  - インフォテインメント – 64 GB ～ 512 GB
  - HD マッピング – 16 GB ～ 128 GB
  - ダッシュボードカメラ – 8 GB ～ 128 GB
  - デジタル計器クラスター – 8 GB ～ 32 GB
  - ADAS – 8 GB ～ 128 GB
  - 事故記録 – 8 GB ～ 256 GB

全体として、現代の自動車の 1 日あたりのデータストレージの見積もりは次のようになります。 1 日あたり 3 ～ 4 TB。近い将来、AV が標準になるにつれ、これらの要件はさらに高まるでしょう。

ソース： 対位法の研究

このデータの多くは最終的にはクラウドやエッジサーバーに送信して保存できますが、リアルタイムの自動アクションの多くはローカルでの処理と分析を必要とします。これには、車内に大容量、高性能、低遅延のストレージが必要です。

車載ストレージ技術の進化

自動車内のデータのストレージ、処理、出力のレベルが高まるにつれて、高速で復元力のあるオンボードメモリが必要になります。

車のエンジンがオンになると、計器クラスタ、コントロールユニット、リアビューカメラなどが 1 秒以内に起動して準備が完了する必要があります。

NAND フラッシュメモリはこれらのアプリケーションに最適であり、今日の自動車はすでにフラッシュメディアに移行しています。スピンアップする必要があるハードドライブとは異なり、NAND フラッシュはソリッドステートメモリであり、ハードドライブの 20 ～ 30 秒に比べて 100 ミリ秒未満で起動できます。さらに、保存された情報を維持するために電力によるサポートが必要な SRAM や DRAM とは異なり、フラッシュは本質的に不揮発性です。

NOR は存在し、NAND に比べていくつかの利点がありますが、密度が低いため人気がなくなっています。現在、NAND フラッシュメモリは主にデータストレージに使用されている一方、eFuse または ROM ブートコードの代替としてよく使用されています。これらは、次のような複数のユースケースを処理できる共有ストレージクラスターに結合される場合があります。

- - 読み取り集中型の IVI とナビゲーション
  - フロント/リアの車載カメラで構成される書き込み集中型のイベントデータレコーダー (EDR) システム
  - エッジゲートウェイとIoTセンサーの検証
  - 車両追跡および車両管理システム
  - ADAS およびドライバー監視システム (DMS)

これらのストレージクラスター上のコントローラーには、クラウドやエッジサーバーからのデータのロギング、分析、アップロード/ダウンロードなどの高度なタスクを実行できます。

車載用フラッシュの初期の頃、ストレージは、Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) によって定義された組み込みマルチメディアコントローラー (eMMC) 標準に基づいていました。これは、100 ～ 200 MB/秒の帯域幅を備えた NAND フラッシュメモリとそのコントローラの単純な統合パッケージでした。

eMMC のパフォーマンスは向上しましたが、読み取りまたは書き込みのいずれかを許可する半二重読み取り/書き込み操作のみを実行でき、両方を同時に実行することはできませんでした。そこで JEDEC は、ユニバーサルフラッシュストレージ（UFS）規格これは、独立した読み取りパスと書き込みパスを備えたシリアル低電圧差動信号 (LVDS) インターフェイスを使用し、全二重データ転送を可能にし、2900 MB/秒 (UFS3.0) のピーク帯域幅での同時読み取り/書き込みを可能にしました。この帯域幅は、eMMC 5.1 の 400 MB/秒を上回る可能性があります。 NVMe Gen4 (7000 MB/秒) および Gen5 (14,000 MB/秒) SSD を採用する傾向も高まっています。

車載ストレージにおける主な考慮事項と課題

10 年も前までは、自動車メーカーはストレージ会社と直接交渉していませんでした。せいぜい、Tier 1 ベンダーとチップセットのオプションについて話し合う程度でした。しかし、NAND フラッシュストレージは現在、部品表 (BOM) の重要な部分を占めており、自動車メーカーはストレージデバイスおよびフラッシュのメーカーと直接連携し、さらにはデータストレージの設計を社内で行うことを余儀なくされています。これは、NAND フラッシュ業界だけでなく SSD 業界にとっても大きな成長の機会です。自動車市場は、コネクテッドカーや自動運転車への移行に伴い、主要な顧客セグメントになるでしょう。

今日の自動車やトラックは、現在の携帯電話でできることを超える体験を提供することが期待されています。顧客は、容量、インターフェイス、速度、機能安全、データの整合性、信頼性、寿命の観点から、さまざまなメモリニーズを備えたインフォテインメント、ADAS、クラウド接続における次世代アプリケーションを望んでいます。つまり、eMMC は地図や GPS ナビゲーションに適しており、UFS は高速読み取り操作で IVI をサポートできる一方、PCIe NVMe は集中化された車両アーキテクチャや AI/ML ベースのアプリケーションとの同期を維持するのに最適です。

車載ストレージのさまざまな機能を評価してみましょう。

パフォーマンス

自動車メーカーは、可能な限り多くのストレージ要件を満たすために、PCIe SSD への注目を高めています。 PCIe SSD は、UFS や eMMC と比較して、シーケンシャルおよびランダム読み取り/書き込みパフォーマンスが高速です。さらに、NVMe によってサポートされる SR-IOV、ゾーン名前空間、およびデュアルポートは、車内の集中システム上で実行される複数の仮想マシンの効率を向上させることができる重要な要素です。これらは、インフォテインメントだけでなく、ADAS アプリケーションにも非常にうまく機能します。

品質

自動車セクターには厳しい品質要件があります (多くのシナリオで規制に拘束されます)。自動車メーカーは極めて低い欠陥部品/百万分率 (DPPM) を要求しますが、これはフラッシュ、チップ、コントローラーのメーカーにとっては難しい要求です。 IATF 16949 認証は、サプライチェーンにおける継続的な改善、欠陥の防止、変動と無駄の削減を提供するプロセス指向の品質管理システムの開発に重点を置いています。ストレージサプライヤーが自動車関連ビジネスを獲得するには、これに準拠する必要があります。

信頼性

NAND ストレージは、0 ℃から通常の動作温度範囲にわたる耐久性を実現するために最適化されています。°C～80°C. 自動車メーカーは、ストレージデバイスの動作を頻繁に要求します。 -40°～1°の温度範囲25℃。具体的には、デバイスが特定のストレステストに合格し、最低限の信頼性が保証されていることを意味する AEC-Q100 認証を探します。

安全性

車載半導体企業は、国際的な大手メーカーによって ISO 26262 (機能安全規格) への準拠が義務付けられています。機能安全は、電気および電子システムの故障または意図しない動作によって引き起こされる危険による不当なリスクがないことと定義されます。実際的には、設計者がすべての障害シナリオを検討し、障害を迅速に検出できるようにする必要があることを意味します。すべてのデバイスは、何か問題が発生した場合に備えてフォールバック安全な状態を提供する必要があります。機能安全認証は検証の重要なポイントであり、より安全な車両につながる自動車用ストレージソリューションを構築する過程におけるマイルストーンです。

業界にとって、自動車パートナーの一貫した品質の向上と故障率のほぼゼロにつながる、エラー検出および修正メカニズムが組み込まれた製品を導入することが重要です。自動車市場の敏感さと規制を理解することで、設計レベルでの品質管理が強化され、自動車メーカーと車両の最終顧客の両方にとって最良の結果が保証されます。