為什麼內存和存儲解決方案是豐富汽車體驗的關鍵

作者 Sebastien Jean & Rick Wang | 2022 年 8 月 29 日 | 全部, 汽車

在這篇文章中（最近發表於編輯自未來之旅），您將發現當今先進的車載存儲和內存解決方案如何幫助重新定義汽車性能、質量、可靠性和安全性。

今天的汽車不僅僅是一種交通工具。與其他現代設備一樣，它們正在利用人機交互 (HCI) 成為通信、信息和娛樂的迷你中心。通過不斷的數據收集和分析實現的汽車技術創新正在將互聯性和自動化推向前所未有的水平。

數據和技術相結合，為駕駛員和乘客提供了一個全新的車內體驗世界。除了能夠繪製和跟踪大量車輛和環境參數之外，汽車還可以分析乘客的行為模式，以便隨時提供先進的生活方式選擇。

總而言之，汽車行業的目標是打造無需人工干預即可安全運行的自動駕駛汽車 (AV)，同時為乘客在旅途中提供舒適和豐富的體驗。先進駕駛輔助系統 (ADAS) 等技術框架利用車輛人工智能和傳感器技術使這一切成為可能。

這些系統可以根據實時數據做出即時決策，以確保舒適性和安全駕駛，幾乎不需要人為乾預。目前，具有 3 級功能（有條件自動化）的自動駕駛汽車預計將普遍存在到 2024 年將出現在道路上，而具有 4 級能力（高度自動化）的人可以開始在高速公路上進行試點項目最早到2025年.

不用說，這些汽車系統會生成和處理大量數據。例如，谷歌自動駕駛汽車生成約1GB/秒。鑑於美國汽車駕駛員平均每年駕駛約 600 小時，這意味著每輛車每年的數據存儲和處理需求高達 2 PB (PB)！

還有汽車存儲要求還不止於此。存在連接問題。 A 戴爾的研究表明到 2030 年將有 9000 萬台聯網自動駕駛汽車，每天總共將產生 1 澤字節 (ZB)。

最後是車載信息娛樂（IVI）系統，該系統已經存在了幾十年。其中包括乘客的視聽娛樂系統以及向駕駛員提供 3D 地圖、方向、交通狀況等的導航和遠程信息處理系統。儘管存在流媒體選項，但數據連接並不總是可靠的。為了解決這種情況，大多數流媒體服務都提供在家下載本地副本的選項。這種趨勢不太可能消失，從而進一步增加了對車內存儲的需求。

這裡明顯的教訓是，原始設備製造商、一級汽車零部件和存儲/內存供應商需要立即開始規劃（如果還沒有的話）來滿足這一需求。

汽車存儲需求不斷增長

正如我們所指出的，當今汽車的內存和存儲需求只有一個方向：提高。雖然每個汽車製造商都試圖通過提供更多數據驅動的功能來擊敗競爭對手，但我們預計範圍會隨著時間的推移而增加：

- - 遠程信息處理和 V2X 應用 – 8 GB 至 64 GB
  - 信息娛樂 – 64 GB 至 512 GB
  - 高清映射 – 16 GB 至 128 GB
  - 儀表板攝像頭 – 8 GB 至 128 GB
  - 數字儀表組 – 8 GB 至 32 GB
  - ADAS – 8 GB 至 128 GB
  - 事故記錄 – 8 GB 至 256 GB

總而言之，現代汽車每天的數據存儲量估計為每天 3 到 4 TB。在不久的將來，隨著自動駕駛汽車成為常態，這些要求只會增加。

來源： 對位研究

雖然大部分數據最終可以傳輸並存儲在雲中甚至邊緣服務器中，但許多實時和自動操作需要本地處理和分析。這就需要車內有大容量、高性能、低延遲的存儲。

汽車存儲技術的演變

汽車中數據的存儲、處理和輸出水平不斷提高，需要快速且有彈性的車載內存。

當汽車發動機啟動時，儀錶盤、控制單元、後視攝像頭等需要在一秒鐘內啟動並準備就緒。

NAND 閃存非常適合這些應用，並且當今的汽車已經過渡到閃存介質。與必須旋轉的硬盤驅動器不同，NAND 閃存是固態存儲器，可以在不到 100 毫秒的時間內啟動，而硬盤驅動器的啟動時間為 20-30 秒。另外，與需要電源支持來維護存儲信息的 SRAM 和 DRAM 不同，閃存本質上是非易失性的。

儘管 NOR 存在並且比 NAND 有一些優勢，但由於密度低，它已經失寵。如今，它經常被用作 eFuse 或 ROM 引導代碼的替代品，而 NAND 閃存主要用於數據存儲。它們有時會組合成共享存儲集群，可以處理多個用例，包括：

- - 閱讀密集型 IVI 和導航
  - 由前/後車載攝像頭組成的寫入密集型事件數據記錄器 (EDR) 系統
  - 邊緣網關和物聯網傳感器驗證
  - 車輛跟踪和車隊管理系統
  - ADAS 和駕駛員監控系統 (DMS)

這些存儲集群上的控制器可以執行高級任務，例如記錄、分析以及從雲和邊緣服務器上傳/下載數據。

在汽車閃存的早期，存儲基於聯合電子設備工程委員會 (JEDEC) 定義的嵌入式多媒體控制器 (eMMC) 標準。它只是 NAND 閃存及其控制器的集成封裝，帶寬為 100-200 MB/s。

儘管 eMMC 性能確實有所提高，但它只能執行半雙工讀/寫操作，即允許讀或寫，但不能同時進行兩者。 JEDEC 隨後提出了通用閃存（UFS）標準它使用串行低壓差分信號(LVDS) 接口，具有獨立的讀取和寫入路徑，可實現全雙工數據傳輸，允許以2900 MB/s (UFS3.0) 的峰值帶寬同時讀取/寫入。該帶寬能夠超過 eMMC 5.1 的 400 MB/s。採用 NVMe Gen4（7000 MB/s）和 Gen5（14,000 MB/s）SSD 的趨勢也在不斷增長。

汽車存儲的關鍵考慮因素和挑戰

不到十年前，汽車製造商不會直接與存儲公司對話；現在汽車製造商不會直接與存儲公司對話。他們最多與一級供應商討論芯片組選項。然而，NAND 閃存存儲現在已成為物料清單 (BOM) 的重要組成部分，迫使汽車製造商直接與存儲設備和閃存製造商合作，甚至進行內部數據存儲設計。這對於 NAND 閃存行業以及 SSD 行業來說都是一個巨大的增長機會——隨著汽車市場向聯網和自動駕駛汽車發展，汽車市場將成為主要的客戶群體。

如今的汽車和卡車預計將提供超越當今手機所能提供的體驗。客戶希望看到信息娛樂、ADAS 和雲連接領域的下一代應用在容量、接口、速度、功能安全、數據完整性、可靠性和使用壽命方面具有不同的內存需求。這意味著 eMMC 非常適合地圖和 GPS 導航，UFS 可以通過高速讀取操作支持 IVI，而 PCIe NVMe 非常適合與集中式車輛架構和基於 AI/ML 的應用程序保持同步。

讓我們評估一下汽車存儲的不同功能：

表現

汽車製造商越來越多地轉向 PCIe SSD 來滿足盡可能多的存儲需求。與 UFS 和 eMMC 相比，PCIe SSD 具有更快的順序和隨機讀/寫性能。此外，NVMe 支持的 SR-IOV、Zone Namespace 和雙端口是提高汽車集中系統上運行的多個虛擬機效率的重要元素。它們非常適合信息娛樂以及 ADAS 應用。

品質

汽車行業有嚴格的質量要求（在許多情況下受到法規的約束）。汽車製造商需要極低的百萬分之缺陷率 (DPPM)，這對於任何閃存、芯片或控制器製造商來說都是一個艱鉅的要求。 IATF 16949 認證強調開發麵向流程的質量管理體系，以實現持續改進、缺陷預防以及減少供應鏈中的變化和浪費。存儲供應商必須遵守它才能獲得任何汽車業務。

可靠性

NAND 存儲針對從 0 開始的典型工作溫度範圍內的耐用性進行了優化°℃至80°C. 汽車製造商經常需要存儲設備在以下環境下運行溫度範圍為 -40° 至 125℃。具體來說，他們尋求 AEC-Q100 認證，這意味著該設備已通過特定的壓力測試並保證最低水平的可靠性。

安全

對於汽車半導體公司來說，國際主要製造商都要求遵守 ISO 26262（即功能安全標準）。功能安全被定義為不存在因電氣和電子系統故障或意外行為引起的危險而導致的不合理風險。實際上，這意味著設計人員必須遍歷每個故障場景並確保可以非常快速地檢測到它們。所有設備都必須在出現問題時提供後備安全狀態。功能安全認證是構建汽車存儲解決方案以提高車輛安全性的重要驗證點和里程碑。

對於該行業來說，部署具有內置錯誤檢測和糾正機制的產品至關重要，這樣可以為汽車合作夥伴帶來始終如一的更高質量和接近於零的故障率。了解汽車市場的敏感性和法規可以加強設計層面的質量管理，以確保汽車製造商和汽車最終客戶獲得最佳結果。