汽车智能座舱存储技术 – 从eMMC 迈向UFS

作者 Rick Wang | 2023 年 8 月 23 日 | 全部, 汽车, 精选

这是关于汽车数据存储方案系列文章中五篇的第二篇。在本文中，我们将探讨NAND快闪存储装置在现今汽车中的主要应用以及智能座舱的需求如何推升存储技术演进。

在我们先前的文章中提到，汽车的NAND快闪存储装置主要被应用在四大领域之中，他们分别是：远程信息处理控制单元，信息娱乐系统，先进驾驶辅助系统，与中央网关。尽管自动驾驶对于NAND闪存的需求也在大幅增长，然而就未来五年来看，主要的NAND快闪存储装置的需求仍然会落在信息娱乐系统中，而且该系统占据了车用NAND快闪存储80%的使用量，这篇文章我们将会分析这个系统的应用场景以及存储技术的未来趋势。

智能与娱乐元素成为汽车座舱重点

在过去的汽车市场中，人们总关注着汽车的动力、引擎、速度、内饰材质，甚至是钢板的材料。然而现今消费者关注更多的是：是否有12吋、17吋的大屏幕？画质与操纵流畅度如何？能否支持Android Auto 或是 Apple Car Play？能够联网使用串流媒体吗？OTA、AR抬头显示、语音识别的功能有支持吗？360度环景、倒车显影的直觉性如何？在自动驾驶技术的高速发展下，人们有更多的时间可以关注座舱的娱乐应用，比如说，Tesla所设计的座舱系统就能够支持人们游玩3A游戏大作，小鹏汽车的AI助手小P能与驾驶透过语音互动，比亚迪汽车今年早些时候还宣布，它正在与 NVIDIA 合作，通过将NVIDIA GeForce NOW™ 云游戏服务引入其车辆来增强车内体验。简单来说，座舱的应用正在经历爆发性的成长，以带给人们更好的乘车与驾车体验，最终，这样的趋势快速的推升了硬件系统的需求 – 包括NAND存储设备的效能以及容量(图一)，让我们来进一步看看NAND 快闪存储装置在汽车系统中的演进。

(图一)座舱的体验快速发展，带动硬件系统与存储需求

UFS标准已经逐渐成为车用存储的主流方案

汽车座舱系统的效能理所当然地取决于该系统的SoC(System on a Chip)，过去我们看到IDM(Integrated Device Manufacture)大厂如德州仪器、恩智浦、瑞萨电子、义法半导体都凭借在汽车领域长期耕耘所建立的业务渠道，成为座舱、信息娱乐系统SoC的主要供货商，而eMMC是这些供货商SoC产品所支持的主流存储接口，无庸置疑的，在个人计算机与服务器以外的市场中，这种成熟的嵌入式存储解决方案是各种终端装置的首选。

然而，市场的变动总是如此迅速，过去六、七年开始，高通、联发科技、与三星电子，凭借着他们在移动领域的经验与产品，挟带着成本与性能优势进入了这个市场，这些原本提供给手机、平板作为SoC的芯片，以更先进的制程，更强大的效能夺走了原本IDM大厂们的市场份额。这些手机芯片在快速迭代的消费级市场中竞争激烈，他们的芯片组针对存储装置都转向了传输速度更快的UFS(Universal Flash Storage)标准，而这也带动了汽车座舱系统对于UFS的需求，至今，UFS在整体车用存储市场产生的销售额已经超过传统的eMMC，并且成为主流的车用存储技术(图表一)。

(图表一) UFS存储标准已经成为汽车系统中需求最大的解决方案

除了SoC或是说生态系的改变推升了存储技术的演进以外，还有几个本质上的原因，那就是容量与速度。

首先，供应上与产品划分的一致性，eMMC在全球市场上更多的应用是低阶智能型手机、智能手表、智能电视与机顶盒等等，这些容量需求相对较低，然而UFS则被广泛用在128GB至512GB的中高阶智能手机与头戴式装置VR与AR，随着汽车座舱与信息娱乐系统提高容量需求，对于NAND快闪存储供货商来说，提供高容量UFS的解决方案而非高容量eMMC可以有在供应上的一致性。

第二，速度，UFS的从启动到接收到第一笔指令的时间可以落在60ms左右，然而eMMC 可能需要高达300ms。除此之外，在传输速度上也有很大的差异，eMMC 5.1的标准在顺序读取的情况下最快可以达到320MB/s，然而UFS 3.1的标准可以在接近2000MB/s的速度下进行数据的读取，这会大幅度减少汽车座舱或娱乐操作系统启动的速度以及各式应用程序与多媒体的加载时间。此外，在写入速度上面的提升也有助于提升OTA、应用程序与地图更新的下载速度与体验。目前，高阶的智能型手机已经采用了UFS 4.0的标准，然而考虑到汽车系统的开发、验证与生产周期，目前还没有车厂导入UFS 4.0的标准，但我们已经可以期待未来 UFS 4.0的来到将会带来更极致的驾驶与乘客体验(图表二)。

(图表二)嵌入式存储装置的理想顺序读取传输速度

群联电子 - 最懂车载存储的解决方案提供商

座舱与娱乐系统所能提供的应用与体验已经成为现今消费者在考虑汽车时的重要指标，而汽车业者也推陈出新各式各样的功能，除了更精细的导航系统之外也包括了语音识别与互动、抬头显示、游戏平台、360度环景、串流媒体的支持等等，而汽车制造商也布局并希望能透过OTA的方式提供多种功能与应用程序的下载解锁来取得软件服务的营收，这些终端应用对于系统硬件要求的提升是一条不会回头的路，本篇文章从SoC市场的变化、容量、速度与供应的角度来分析UFS是如何逐渐取代eMMC在娱乐与座舱系统中的需求，并成为整个车用NAND快闪存储装置的主流技术。

至今十年以上在车载存储市场开发产品的经验，群联电子，作为全球最大的车用eMMC控制芯片供货商，随着市场需求的变动，公司早已经在车用UFS解决方案进行布局，现有的方案包括UFS2.1 / UFS3.1以及横跨64GB-512GB的容量。目前，UFS解决方案全面通过AEC-Q100的测试并且生产也全面符合IATF-16949的标准。除了全面的产品布局，群联电子车用UFS解决方案也已经进入多家领导座舱 / 娱乐系统SoC供货商的已审核供货商清单(AVL, Approved Vendor List)中，并藉此来协助车厂与一级系统整合商(Tier1)加速座舱与信息娱乐系统的开发工作。

现在，我们探讨了汽车座舱与信息娱乐系统的变化是如何推升车用UFS的需求，我们接下来的文章将介绍未来车用存储中成长最快速的存储方案 - PCIe SSD，看它将会如何解决车用系统中的工程问题。请不要错过我们的车用存储系列的第三篇文章。