演進的汽車系統架構創造快閃記憶體新需求

作者 Rick Wang | 2023 年 8 月 2 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一篇。在本文中，我們將一探在車用電子蓬勃發展下主流系統架構對於資料儲存解決方案的需求。

我們都知道汽車電子正在經歷前所未見的高速變革，新能源與自動駕駛技術的發展，座艙娛樂系統的升級，串流媒體娛樂，聯網功能，軟體定義汽車，車隊管理，所有終端需求的變化都在挑戰汽車最底層的電子電氣架構設計，這樣的挑戰促使了汽車行業與半導體產業之間產生了前所未見的大量合作。

大量資料流程向先進汽車系統

這些年來，自動駕駛系統越來越多地採用了攝影鏡頭、超音波、光達和雷達技術，這些感測器用以偵測周圍環境，並從汽車邊緣引入了大量的資料，這些原始資料需要進行即時融合處理，以為車輛提供精確的駕駛決策。同時，這些資訊將傳至資訊娛樂系統進行即時互動，比如說倒車顯影，360度環景系統或駕駛監控系統，最後，由於自動駕駛輔助系統節省下來的時間和注意力將使得駕駛與乘客得以對車內娛樂的更多關注，比如Tesla能夠遊玩3A遊戲大作的中央娛樂系統。這一切演進都導致車內的資料傳輸量，電子控制單元(ECUs)的數量，晶片的算力，以及當然儲存的需求都顯著提升，而大量電子元件整合的成本上升以及對更多電子控制單元（ECU）的驗證工作，迫使汽車製造商和Tier1考慮如何重新設計現今汽車的電氣/電子架構(圖一)。

集成大量組件的成本不斷上升，並且對更多 ECU 進行繁重的驗證工作，迫使汽車製造商和一級供應商考慮如何重新設計現代車輛的電子/電氣 (E/E) 架構。（圖表1）

圖 1：現代汽車正在生成大量數據，推動其架構發生轉變

從汽車電子架構看未來儲存需求

雖然汽車半導體是未來半導體市場增長的最重要驅動力之一，但人們常常想知道：“那麼NAND快閃記憶體呢？”行業專家估計，到2028年，車用NAND Flash儲存市場規模將超過50億美元，而2023年僅為20億美元。許多人對此持懷疑態度，因為他們想知道什麼機遇會引發如此爆炸性的增長。答案其實隱含在我們文章的第一個段落中，就是智慧汽車的終端應用，但為了更專業與仔細的回答這個問題，我們進一步根據汽車的電子/電氣架構進行細部拆解，汽車的電氣/電子架構設計非常複雜，從設計到驗證到批量生產可能需要三到五年的時間，且事實上每一廠之間的架構都有所不同，但近五年以來，越來越多的架構都轉向了域控中心化架構(Domain Centralized Architecture)（圖二）。

圖 2：域集中式汽車架構中的存儲需求。

這樣的架構將眾多電子控制單元（ECU）集成到單一的域控制器(Domain Controller)中，每一域控制器負責車輛中的特定功能，比如說自動駕駛、座艙娛樂，或是動力與車身控制。這有助減少線束使用，精簡供應商管理與驗證複雜度，降低成本，以及釋放出空間與重量。也因此，提升了儲存裝置的集成性、容量、速度，與可靠性需求，如同我們所知，儲存裝置中的顆粒從小容量的SLC、MLC方案到3D TLC，控制晶片針對NAND Flash所進行的管理越加複雜，尤其是錯誤糾正的能力需要進一步提升來確保儲存裝置的可靠性，在這裡，控制晶片的演算法設計以及測試驗證的經驗格外重要，我們會在之後的文章詳談這一塊，現在，我們先針對車用儲存裝置的需求與應用展開進一步探討。

對於那些對未來車載儲存商機持懷疑態度的人來說，可以考慮以下事實：一輛車目前將需要三到五個儲存裝置，假設每年有8000萬輛汽車銷售，儲存裝置的單位出貨量最終可能超過筆記型電腦的年交付量，儘管目前兩者在容量需求上仍存在不小差距，架構的轉換與應用的增長也需經過幾年的演進，但無疑這將會是未來NAND Flash市場的巨大機會。

深度分析車用儲存裝置的終端應用

車上的NAND Flash儲存裝置將用於什麼樣的系統終端應用呢？我們依據應用分為四個類別。

遠端資訊處理控制單元（TCU, Telematics Control Unit, T-Box） （TCU、T-Box）

遠端資訊處理控制單元是電信和資訊科學的結合。車輛的遠端控制單元是所有資訊無線連接到車輛的中心樞紐。它可以實現空中更新（OTA）、對事故的快速遠端回應（例如使用eCALL技術）、車隊管理和遠端診斷。在未來，當TCU與5G集成時，車輛可以與路側單元（RSU）、其他車輛、行人和駕駛進行連結，這種連結能力被稱為V2X (Vehicle to Everything)，即車輛對一切的通訊。我們相信這將是未來互聯汽車實現的方式，此外，也因為對於環境與其他聯網物件的掌握，得以進一步增強自動輔助駕駛的可靠性與功能。全球TCU的出貨量超過每年5000萬個，並且還在上升。對儲存的要求來說，因為它們通常所需的容量較小，典型的需求是少於或等於16GB的eMMC方案。

座艙域控制器（CDC, Cockpit Domain Controller） (疾病管制署）

許多人經常無法區分CDC和傳統資訊娛樂系統（Traditional IVI）之間的術語差異，實際上CDC是域控中心化架構下的一個子系統，根據定義，它的硬體系統必須整合座艙中的所有資訊娛樂功能，包括儀錶板、抬頭顯示（HUD）、語音辨識和中央資訊娛樂系統，同時，它需要相容多個虛擬機器和作業系統。目前，行業專家預估，只有不到15%的量產車輛配備了這樣的域控制器。然而，當我們將CDC與傳統的資訊娛樂系統作為一個整體討論時，它們加總在一起實際上是整個車用NAND Flash市場中最大的應用，佔據了超過80%的車用NAND Flash位元需求。在這個應用中，儲存技術從eMMC、UFS到PCIe SSD都有可能，主流容量需求從16GB到256GB，具體取決於車型的級別與應用的豐富程度。

先進駕駛輔助系統域控制器（ADC, Advanced Driver-assistance System Domain Controller）

先進駕駛輔助系統（ADAS）技術涉及到安全、法規和駕駛者接受度等多個問題，導致其發展雖為穩健但也較緩慢。然而，它是近年來討論度最高的技術議題，也是汽車行業不可逆轉的大趨勢。目前，eMMC仍然是主流的儲存需求，但隨著資料傳輸速率的提高，我們也看到越來越多基於UFS儲存解決方案的設計。目前快閃記憶體比特位元需求來說僅次於座艙與資訊娛樂領域，展望未來，隨著該技術的發展，我們預計它將成為未來幾年儲存需求增長最快的領域。

中央網關 ( Central Gateway)

中央網關是作為車輛網絡的數據交互樞紐，將車輛中不同的通信協議進行轉換(例如 LIN, CAN, FlexRay, Ethernet, 等等)，並在不同的功能域之間交換數據，提供物理隔離，也同時肩負汽車的網絡安全功能。應用上包括EDR、車輛診斷、車隊管理、網路安全管理和OTA更新管理。有時候，它甚至會集成車身管理域控制器的功能。一般來說，eMMC是主流的儲存解決方案，但在商用車輛的車隊管理中，通常會使用高容量的PCIe SSD。

群聯電子 – 最懂車載儲存的解決方案提供商

隨著汽車技術對資料的依賴程度前所未有地增加，一級供應商(Tier1)、車輛製造商已經佈署了域控中心化架構。這種架構所應付的應用，需要更多，更快，更可靠的資料儲存解決方案，這個領域在不久的將來將迎來令人難以置信的增長。

這就是為什麼群聯電子持續在車用儲存方案的研發進行重大投資的原因。群聯電子，作為全球最大的車用eMMC控制晶片供應商，不只取得ISO26262功能安全的開發流程認證，也是全球第一個取得Automotive SPICE(ASPICE) CL3的獨立快閃記憶體控制晶片研發供應商。公司長期以來，與NAND Flash領導製造商、汽車行業的合作夥伴進行技術交流、商務合作與投資，以確保在車用儲存行業中的領導地位。功能安全開發流程認證，ISO 26262，也成為了全球首家獲得Automotive SPICE (ASPICE) CL3認證的獨立NAND閃存控制器供應商該公司一直與領先的NAND閃存製造商和汽車行業合作夥伴進行技術和業務合作，以確保其在汽車存儲市場的領導地位。

現在，我們探討了汽車技術與市場需求的演進如何推動車用儲存解決方案的需求，我們接下來的文章將介紹車用儲存技術的演進，如何從eMMC過渡到UFS甚至未來的PCIe BGA SSD。請不要錯過我們的車用儲存系列的第二篇文章。

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