메모리 및 스토리지 솔루션이 풍부한 자동차 경험의 핵심인 이유

작가 Sebastien Jean & Rick Wang | 2022년 8월 29일 | 모두, 자동차

이 기사에서 (최근에 게시됨에서 편집됨 퓨처라이드), 오늘날의 고급 온보드 스토리지 및 메모리 솔루션이 자동차 성능, 품질, 신뢰성 및 안전을 재정의하는 데 어떻게 도움이 되는지 알아보십시오.

오늘날 자동차는 단순한 운송 수단 그 이상입니다. 다른 최신 장치와 함께 HCI(Human-Computer Interaction)를 활용하여 통신, 정보 및 엔터테인먼트의 미니 센터가 되고 있습니다. 지속적인 데이터 수집 및 분석을 통해 가능해진 자동차 기술의 혁신은 전례 없는 수준의 연결성과 자동화를 주도하고 있습니다.

데이터와 기술이 결합되어 운전자와 승객에게 완전히 새로운 차량 내 경험을 제공합니다. 다양한 차량 및 환경 매개변수를 매핑하고 추적하는 것 외에도 자동차는 승객의 행동 패턴을 분석하여 항상 고급 라이프스타일 선택을 제공합니다.

자동차 산업은 인간의 개입이 거의 없이 안전하게 주행하면서 여행하는 승객에게 편안함과 풍부한 경험을 제공할 수 있는 자율주행차(AV)를 만드는 것을 목표로 하고 있습니다. 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 같은 기술 프레임워크는 차량용 AI 및 센서 기술을 사용하여 이를 가능하게 합니다.

원천: 맥킨지

이러한 시스템은 실시간 데이터로 즉각적인 의사 결정을 가능하게 하여 사람의 개입이 거의 또는 전혀 없이 편안함과 안전한 운전을 보장합니다. 현재 레벨 3 기능(조건부 자동화)을 갖춘 AV는 일반적으로 2024년까지 도로에서 볼 수 있음, 레벨 4 기능(높은 자동화)을 가진 사람들은 고속도로에서 파일럿 프로그램을 시작할 수 있습니다. 빠르면 2025년.

말할 필요도 없이 이러한 자동차 시스템은 엄청난 양의 데이터를 생성하고 처리합니다. 예를 들어 Google 자율주행차는 다음을 생성합니다. 약 1GB/s. 미국의 평균 자동차 운전자가 1년에 약 600시간을 운전한다는 점을 감안할 때 이는 자동차당 연간 2페타바이트(PB)라는 엄청난 데이터 저장 및 처리 요구 사항을 의미합니다!

그리고 자동차 보관소 요구 사항은 여기서 그치지 않습니다. 연결성에 대한 질문이 있습니다. ㅏ Dell 연구 2030년까지 9천만 대의 연결된 AV가 매일 총 1제타바이트(ZB)를 생성할 것이라는 것을 나타냅니다.

마지막으로 수십 년 동안 존재해 온 차량용 인포테인먼트(IVI) 시스템이 있습니다. 여기에는 승객을 위한 시청각 엔터테인먼트 시스템뿐만 아니라 운전자에게 3D 지도, 방향, 교통 상황 등을 제공하는 내비게이션 및 텔레매틱스가 포함됩니다. 스트리밍 옵션이 존재하더라도 데이터 연결이 항상 안정적인 것은 아닙니다. 이 시나리오를 해결하기 위해 대부분의 스트리밍 서비스는 집에 있는 동안 로컬 복사본을 다운로드하는 옵션을 제공합니다. 이러한 추세는 사라지지 않을 것이므로 차량 내 보관에 대한 필요성이 더욱 증가합니다.

여기서 분명한 교훈은 OEM, Tier-1 자동차 부품 및 스토리지/메모리 공급업체가 이러한 수요를 충족하기 위해 아직 계획을 세우지 않았다면 즉시 계획을 시작해야 한다는 것입니다.

자동차 스토리지에 대한 수요 증가

우리가 언급했듯이 오늘날 자동차의 메모리 및 스토리지 요구 사항은 한 방향으로만 진행되고 있습니다. 모든 자동차 제조업체는 더 많은 데이터 기반 기능을 제공하여 경쟁에서 이기려고 노력하지만 시간이 지남에 따라 범위가 증가할 것으로 예상합니다.

- - 텔레매틱스 및 V2X 애플리케이션 – 8GB ~ 64GB
  - 인포테인먼트 - 64GB ~ 512GB
  - HD 매핑 – 16GB ~ 128GB
  - 대시보드 카메라 – 8GB ~ 128GB
  - 디지털 계기판 – 8GB ~ 32GB
  - ADAS – 8GB ~ 128GB
  - 사고 기록 – 8GB ~ 256GB

대체로 최신 자동차의 일일 데이터 스토리지 추정치는 다음과 같습니다. 하루 3~4TB. 가까운 장래에 이러한 요구 사항은 AV가 표준이 됨에 따라 증가할 것입니다.

원천: 카운터포인트 리서치

이 데이터의 대부분은 결국 클라우드 또는 심지어 에지 서버에 전송 및 저장될 수 있지만, 많은 실시간 및 자동 작업에는 로컬 처리 및 분석이 필요합니다. 이를 위해서는 자동차 내에서 고용량, 고성능, 저지연 스토리지가 필요합니다.

자동차 스토리지 기술의 진화

자동차의 데이터 저장, 처리 및 출력 수준이 높아지면서 빠르고 탄력적인 온보드 메모리가 필요합니다.

자동차 엔진이 켜지면 계기판, 제어 장치, 후방 카메라 등이 1초 이내에 부팅되고 준비되어야 합니다.

NAND 플래시 메모리는 이러한 애플리케이션에 이상적으로 적합하며 오늘날의 자동차는 이미 플래시 미디어로 전환했습니다. 회전해야 하는 하드 드라이브와 달리 NAND 플래시는 솔리드 스테이트 메모리이며 하드 드라이브의 20-30초에 비해 100밀리초 미만으로 작동할 수 있습니다. 또한 저장된 정보를 유지하기 위해 전원으로 지원해야 하는 SRAM 및 DRAM과 달리 플래시는 본질적으로 비휘발성입니다.

NOR이 존재하고 NAND에 비해 몇 가지 이점이 있지만 밀도가 낮아 인기가 떨어졌습니다. 현재는 eFuse 또는 ROM 부팅 코드를 대체하는 데 자주 사용되는 반면 NAND 플래시 메모리는 주로 데이터 저장에 사용됩니다. 다음을 포함하여 여러 사용 사례를 처리할 수 있는 공유 스토리지 클러스터로 결합되는 경우가 있습니다.

- - 읽기 집약적인 IVI 및 탐색
  - 전면/후면 온보드 카메라로 구성된 쓰기 집약적 이벤트 데이터 레코더(EDR) 시스템
  - 에지 게이트웨이 및 IoT 센서 검증
  - 차량 추적 및 차량 관리 시스템
  - ADAS 및 운전자 모니터링 시스템(DMS)

이러한 스토리지 클러스터의 컨트롤러는 클라우드 및 에지 서버에서 데이터 로깅, 분석 및 업로드/다운로드와 같은 고급 작업을 수행할 수 있습니다.

자동차 플래시 초기에 스토리지는 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)에서 정의한 eMMC(embedded Multimedia Controller) 표준을 기반으로 했습니다. 단순히 NAND 플래시 메모리와 100-200MB/s 대역폭의 컨트롤러가 통합된 패키지였습니다.

eMMC 성능은 향상되었지만 동시에 읽기 또는 쓰기를 허용하는 반이중 읽기/쓰기 작업만 수행할 수 있었습니다. JEDEC는 다음을 생각해 냈습니다. UFS(Universal Flash Storage) 표준 2900MB/s(UFS3.0)의 피크 대역폭에서 동시 읽기/쓰기를 허용하기 위해 전이중 데이터 전송을 가능하게 하는 별도의 읽기 및 쓰기 경로가 있는 직렬 저전압 차동 신호(LVDS) 인터페이스를 사용했습니다. 이 대역폭은 eMMC 5.1의 400MB/s를 능가할 수 있습니다. NVMe Gen4(7000MB/s) 및 Gen5(14,000MB/s) SSD를 채택하는 추세도 증가하고 있습니다.

자동차 스토리지의 주요 고려 사항 및 과제

10년 전만 해도 자동차 제조업체는 스토리지 회사와 직접 대화하지 않았습니다. 기껏해야 Tier 1 공급업체와 칩셋 옵션에 대해 논의했습니다. 그러나 NAND 플래시 스토리지는 이제 BOM(Bill of Material)의 상당 부분을 차지하므로 자동차 제조업체는 스토리지 장치 및 플래시 제조업체와 직접 관계를 맺고 내부에서 데이터 스토리지 설계를 수행해야 합니다. 이것은 NAND 플래시 산업과 SSD 산업에 상당한 성장 기회입니다. 자동차 시장은 커넥티드 및 자율 주행 차량으로 이동함에 따라 주요 고객 부문이 될 것입니다.

오늘날의 자동차와 트럭은 오늘날 휴대폰이 할 수 있는 것 이상의 경험을 제공할 것으로 기대됩니다. 고객은 용량, 인터페이스, 속도, 기능 안전, 데이터 무결성, 신뢰성 및 수명 측면에서 다양한 메모리 요구 사항을 가진 인포테인먼트, ADAS 및 클라우드 연결 분야의 차세대 애플리케이션을 보고 싶어합니다. 즉, eMMC는 지도 및 GPS 내비게이션에 적합하고 UFS는 고속 읽기 작업으로 IVI를 지원할 수 있으며 PCIe NVMe는 중앙 집중식 차량 아키텍처 및 AI/ML 기반 애플리케이션과 동기화 상태를 유지하는 데 적합합니다.

자동차 스토리지의 다양한 기능을 평가해 보겠습니다.

성능

자동차 제조업체는 가능한 한 많은 스토리지 요구 사항을 충족하기 위해 점점 더 PCIe SSD로 전환하고 있습니다. PCIe SSD는 UFS 및 eMMC에 비해 순차 및 임의 읽기/쓰기 성능이 더 빠릅니다. 또한 NVMe에서 지원하는 SR-IOV, Zone Namespace 및 이중 포트는 자동차의 중앙 집중식 시스템에서 실행되는 여러 가상 머신의 효율성을 향상시킬 수 있는 중요한 요소입니다. 인포테인먼트 및 ADAS 애플리케이션에 매우 적합합니다.

품질

자동차 부문에는 엄격한 품질 요구 사항이 있습니다(많은 시나리오에서 규정이 적용됨). 자동차 제조업체는 매우 낮은 DPPM(불량 부품당 백만 개) 비율을 요구하며 이는 모든 플래시, 칩 또는 컨트롤러 제조업체에게 어려운 요구 사항입니다. IATF 16949 인증은 공급망에서 지속적인 개선, 결함 방지 및 변형 및 낭비 감소를 제공하는 프로세스 지향 품질 관리 시스템의 개발을 강조합니다. 스토리지 공급업체는 모든 자동차 비즈니스를 확보하기 위해 이를 준수해야 합니다.

신뢰할 수 있음

NAND 스토리지는 일반적인 작동 온도 범위인 0에서 내구성에 최적화되어 있습니다.°C에서 80°C. 자동차 제조업체는 자주 저장 장치가 작동하도록 요구합니다. -40° ~ 1의 온도 범위25°C. 특히 그들은 장치가 특정 스트레스 테스트를 통과하고 최소 수준의 신뢰성을 보장한다는 것을 의미하는 AEC-Q100 인증을 찾습니다.

안전

자동차 반도체 회사의 경우 주요 국제 제조업체는 기능 안전 표준(ISO 26262)을 준수해야 합니다. 기능 안전은 전기 및 전자 시스템의 고장 또는 의도하지 않은 동작으로 인한 위험으로 인한 부당한 위험이 없는 것으로 정의됩니다. 실질적으로 이는 설계자가 모든 실패 시나리오를 살펴보고 매우 빠르게 감지할 수 있도록 해야 함을 의미합니다. 모든 장치는 문제가 발생할 경우 대체 안전 상태를 제공해야 합니다. 기능 안전 인증은 차량을 더 안전하게 만드는 자동차 보관 솔루션을 구축하기 위한 중요한 검증 지점이자 이정표입니다.

업계에서는 오류 감지 및 수정 메커니즘이 내장된 제품을 배포하여 지속적으로 더 나은 품질을 제공하고 자동차 파트너의 실패율이 거의 제로에 가까운 제품을 배포하는 것이 중요합니다. 자동차 시장의 민감성과 규제를 이해하면 설계 수준에서 품질 관리를 강화하여 자동차 제조업체와 차량 최종 고객 모두에게 최상의 결과를 보장할 수 있습니다.