汽車智慧座艙儲存技術 – 從eMMC 邁向UFS

作者 Rick Wang | 2023 年 8 月 23 日 | 全部, 汽車, 精選

這是關於汽車數據儲存方案系列文章中五篇的第二篇。在本文中，我們將探討NAND快閃儲存裝置在現今汽車中的主要應用以及智能座艙的需求如何推升儲存技術演進。

在我們先前的文章中提到，汽車的NAND快閃儲存裝置主要被應用在四大領域之中，他們分別是：遠端資訊處理控制單元，資訊娛樂系統，先進駕駛輔助系統，與中央網關。儘管自動駕駛對於NAND快閃記憶體的需求也在大幅增長，然而就未來五年來看，主要的NAND快閃儲存裝置的需求仍然會落在資訊娛樂系統中，而且該系統佔據了車用NAND快閃儲存80%的使用量，這篇文章我們將會分析這個系統的應用場景以及儲存技術的未來趨勢。

智能與娛樂元素成為汽車座艙重點

在過去的汽車市場中，人們總關注著汽車的動力、引擎、速度、內飾材質，甚至是鋼板的材料。然而現今消費者關注更多的是：是否有12吋、17吋的大螢幕？畫質與操縱流暢度如何？能否支持Android Auto 或是 Apple Car Play？能夠聯網使用串流媒體嗎？OTA、AR抬頭顯示、語音辨識的功能有支援嗎？360度環景、倒車顯影的直覺性如何？在自動駕駛技術的高速發展下，人們有更多的時間可以關注座艙的娛樂應用，比如說，Tesla所設計的座艙系統就能夠支持人們遊玩3A遊戲大作，小鵬汽車的AI助手小P能與駕駛透過語音互動，比亞迪汽車今年早些時候還宣布，它正在與 NVIDIA 合作，通過將NVIDIA GeForce NOW™ 雲遊戲服務引入其車輛來增強車內體驗。簡單來說，座艙的應用正在經歷爆發性的成長，以帶給人們更好的乘車與駕車體驗，最終，這樣的趨勢快速的推升了硬體系統的需求 – 包括NAND儲存設備的效能以及容量(圖一)，讓我們來進一步看看NAND 快閃儲存裝置在汽車系統中的演進。

(圖一)座艙的體驗快速發展，帶動硬體系統與儲存需求

UFS標準已經逐漸成為車用儲存的主流方案

汽車座艙系統的效能理所當然地取決於該系統的SoC(System on a Chip)，過去我們看到IDM(Integrated Device Manufacture)大廠如德州儀器、恩智浦、瑞薩電子、義法半導體都憑藉在汽車領域長期耕耘所建立的業務渠道，成為座艙、資訊娛樂系統SoC的主要供應商，而eMMC是這些供應商SoC產品所支持的主流儲存接口，無庸置疑的，在個人電腦與伺服器以外的市場中，這種成熟的嵌入式儲存解決方案是各種終端裝置的首選。

然而，市場的變動總是如此迅速，過去六、七年開始，高通、聯發科技、與三星電子，憑藉著他們在移動領域的經驗與產品，挾帶著成本與性能優勢進入了這個市場，這些原本提供給手機、平板作為SoC的晶片，以更先進的製程，更強大的效能奪走了原本IDM大廠們的市場份額。這些手機晶片在快速疊代的消費級市場中競爭激烈，他們的晶片組針對儲存裝置都轉向了傳輸速度更快的UFS(Universal Flash Storage)標準，而這也帶動了汽車座艙系統對於UFS的需求，至今，UFS在整體車用儲存市場產生的銷售額已經超過傳統的eMMC，並且成為主流的車用儲存技術(圖表一)。

(圖表一) UFS儲存標準已經成為汽車系統中需求最大的解決方案

除了SoC或是說生態系的改變推升了儲存技術的演進以外，還有幾個本質上的原因，那就是容量與速度。

首先，供應上與產品劃分的一致性，eMMC在全球市場上更多的應用是低階智慧型手機、智慧型手錶、智慧電視與機上盒等等，這些容量需求相對較低，然而UFS則被廣泛用在128GB至512GB的中高階智慧手機與頭戴式裝置VR與AR，隨著汽車座艙與資訊娛樂系統提高容量需求，對於NAND快閃儲存供應商來說，提供高容量UFS的解決方案而非高容量eMMC可以有在供應上的一致性。

第二，速度，UFS的從啟動到接收到第一筆指令的時間可以落在60ms左右，然而eMMC 可能需要高達300ms。除此之外，在傳輸速度上也有很大的差異，eMMC 5.1的標準在順序讀取的情況下最快可以達到320MB/s，然而UFS 3.1的標準可以在接近2000MB/s的速度下進行數據的讀取，這會大幅度減少汽車座艙或娛樂作業系統啟動的速度以及各式應用程序與多媒體的加載時間。此外，在寫入速度上面的提升也有助於提升OTA、應用程式與地圖更新的下載速度與體驗。目前，高階的智慧型手機已經採用了UFS 4.0的標準，然而考慮到汽車系統的開發、驗證與生產週期，目前還沒有車廠導入UFS 4.0的標準，但我們已經可以期待未來 UFS 4.0的來到將會帶來更極致的駕駛與乘客體驗(圖表二)。

(圖表二)嵌入式儲存裝置的理想順序讀取傳輸速度

群聯電子 - 最懂車載儲存的解決方案提供商

座艙與娛樂系統所能提供的應用與體驗已經成為現今消費者在考慮汽車時的重要指標，而汽車業者也推陳出新各式各樣的功能，除了更精細的導航系統之外也包括了語音辨識與互動、抬頭顯示、遊戲平台、360度環景、串流媒體的支援等等，而汽車製造商也布局並希望能透過OTA的方式提供多種功能與應用程式的下載解鎖來取得軟體服務的營收，這些終端應用對於系統硬體要求的提升是一條不會回頭的路，本篇文章從SoC市場的變化、容量、速度與供應的角度來分析UFS是如何逐漸取代eMMC在娛樂與座艙系統中的需求，並成為整個車用NAND快閃儲存裝置的主流技術。

至今十年以上在車載儲存市場開發產品的經驗，群聯電子，作為全球最大的車用eMMC控制晶片供應商，隨著市場需求的變動，公司早已經在車用UFS解決方案進行布局，現有的方案包括UFS2.1 / UFS3.1以及橫跨64GB-512GB的容量。目前，UFS解決方案全面通過AEC-Q100的測試並且生產也全面符合IATF-16949的標準。除了全面的產品布局，群聯電子車用UFS解決方案也已經進入多家領導座艙 / 娛樂系統SoC供應商的已審核供應商清單(AVL, Approved Vendor List)中，並藉此來協助車廠與一級系統整合商(Tier1)加速座艙與資訊娛樂系統的開發工作。

現在，我們探討了汽車座艙與資訊娛樂系統的變化是如何推升車用UFS的需求，我們接下來的文章將介紹未來車用儲存中成長最快速的儲存方案 - PCIe SSD，看它將會如何解決車用系統中的工程問題。請不要錯過我們的車用儲存系列的第三篇文章。