演进的汽车系统架构创造闪存新需求

作者 Rick Wang | 2023 年 8 月 2 日 | 全部, 汽车, 精选

这是关于汽车存储的系列文章中的第一篇。在本文中，我们将看看汽车架构的演变方式以及该演变如何影响当今的数据存储解决方案。

我们都知道汽车电子正在面临前所未有的变革，新能源与自动驾驶技术的发展，座舱娱乐系统的升级，流媒体娱乐，联网功能，软件定义汽车，车队管理，所有终端需求的变化都在挑战汽车最底层的电子电气架构设计，这样的挑战促使了汽车行业与半导体产业之间产生了前所未见的大量合作。

大量数据流向先进汽车系统

这些年来，自动驾驶系统越来越多地采用了摄像头、激光雷达和雷达技术, 这些传感器从汽车边缘引入了大量的数据，这些原始数据需要进行实时处理，以为车辆提供精确的驾驶决策。同时，这些数据将传至信息娱乐系统进行实时互动，比如说倒车显影，全景监控系统或驾驶监控系统，最后，由于自动驾驶辅助系统节省下来的时间和注意力将使得驾驶员与乘客得以对车内娱乐的更多关注，比如Tesla能够游玩3A游戏大作的中央娱乐系统。这一切演进都导致车内的数据传输量，电子控制单元(ECUs)的数量，芯片的算力，以及当然存储的需求都显着提升，众多组件集成的成本上升以及对更多电子控制单元（ECU）的繁重验证工作，迫使汽车制造商和Tier1考虑如何重新设计现代汽车的电气/电子架构(图一)。

集成大量组件的成本不断上升，并且对更多 ECU 进行繁重的验证工作，迫使汽车制造商和一级供应商考虑如何重新设计现代车辆的电子/电气 (E/E) 架构。（图表1）

图 1：现代汽车正在生成大量数据，推动其架构发生转变

汽车电子电气架构演进如何推升存储需求?

虽然汽车半导体是未来半导体市场增长的最重要驱动力之一，但人们常常想知道：“那么NAND闪存存储呢？”行业专家估计，到2028年，NAND闪存市场规模将增至50亿美元，而2023年仅为20亿美元，但许多人对此持怀疑态度，因为他们想知道什么机遇会引发如此爆炸性的增长。答案其实隐含在我们文章的第一个段落中，就是智能汽车的终端应用，但为了更专业与仔细的回答这个问题，我们根据汽车的电气/电子架构进行细部拆解，汽车设计的电气/电子架构非常复杂，从设计到验证到批量生产可能需要三到五年的时间，事实上架构的设计每一家之间都有所不同，但2020年以来，越来越多的架构设计都转向了域控中心化架构(Domain Centralized Architecture)（图二）。

图 2：域集中式汽车架构中的存储需求。

这样的架构将众多电子控制单元（ECU）集成到单一的域控制器(Domain Controller)中，各个域控制器负责车辆中的特定功能，比如说自动驾驶、座舱娱乐，或是动力与车身控制。这有助减少线束、精简供货商管理及验证复杂度、节省成本，以及释放出空间与重量，同时—提升了存储的集成性与容量、速度、与可靠性需求，如同我们所知，存储装置中的容量越大，对其进行的管理就越复杂，尤其是错误纠正的能力需要进一步提升来增加存储装置的可靠性，在这里，主控的算法以及方案商的测试验证经验格外重要，我们会在后面的文章详谈这一块。现在，我们先针对车载存储装置的需求与应用展开进一步探讨。

对于那些对未来车载存储商机持怀疑态度的人来说，可以考虑以下事实。一辆车将需要三到五个存储装置。假设每年有8000万辆汽车销售（按出货量计算），存储设备的单位销量最终可能超过笔记本电脑的年交付量。尽管容量需求仍存在差距，并且架构的转变需经过几年的进行，但这仍然是未来绝对巨大的市场机会。

深度探讨存储方案面对的车载终端应用

车上的NAND闪存存储方案将用于什么样的车载终端应用呢？我们将车载存储设备的应用分为四个类别。

远程信息处理控制单元（TCU, T-Box, Telematics Control Unit） （TCU、T-Box）

远程信息处理控制单元是电信和信息科学的结合。车辆的远程控制单元是所有信息无线连接到车辆的中心枢纽。它可以实现空中更新（OTA）、对事故的快速远程响应（例如使用eCALL技术）、车队管理和远程诊断。未来，当远程控制单元与5G集成时，车辆可以与路侧单元（RSU）、其他车辆、行人和驾驶员进行通信。这种通信能力被称为V2X (Vehicle to Everything)，即车辆对一切的通信。我们相信这将是未来互联汽车实现的方式，此外，也因为对于环境与其他联网物件的掌握，将进一步增强ADAS的可靠性及功能。全球远程控制单元的出货量超过每年5000万个，并且还在上升。对存储需求来说，因为它们通常所需的容量相对较小，因此典型的要求是少于或等于16GB的eMMC。

座舱域控制器（CDC, Cockpit Domain Controller） （CDC）

许多人经常无法区分CDC和传统信息娱乐系统（Traditional IVI）之间的术语差异，实际上CDC是域控中心化架构下的一个子系统。根据定义，它的硬件系统必须集成座舱中的所有信息娱乐功能，包括仪表板、抬头显示（HUD）、语音识别和中央信息娱乐系统。同时，它需要兼容多个虚拟机和操作系统。目前，行业专家预估，只有不到15%的量产车辆配备了这样的系统。然而，当我们将CDC与传统的信息娱乐系统作为一个整体讨论时，它们加总在一起实际上是整个车载存储市场中最大的应用，占据了超过80%的NAND闪存比特位需求。在这个应用中，存储技术从eMMC、UFS到PCIe SSD都有机会，应用的容量范围从16GB到256GB，具体取决于车型的级别与应用的丰富程度。

先进驾驶辅助系统领域控制器（ADC, Advanced Driver-assistance System Domain Controller）

先进驾驶辅助系统（ADAS）技术涉及到安全、法规和驾驶者接受度等多个问题，导致其发展虽为稳健但也较缓慢。然而，它是近年来讨论度最高的技术议题，也是汽车行业不可逆转的大趋势。目前，eMMC仍然是主流的存储需求，但随着数据传输速率的提高，我们也看到越来越多基于UFS存储解决方案的设计。目前闪存比特位需求来说仅次于座舱与信息娱乐领域，展望未来，随着该技术的发展，我们预计它将成为未来几年存储需求增长最快的领域。

中央网关 ( Central Gateway)

中央网关作为车辆网络的数据交互枢纽，将车辆中不同的通信协议进行转换(例如 LIN, CAN, FlexRay, Ethernet, 等等)，并在不同的功能域之间交换数据，提供物理隔离，也同时肩负汽车的网络安全功能。应用上包括EDR、车辆诊断、车队管理、网络安全管理和OTA更新管理。有时候，它甚至会集成车身管理域控制器的功能。一般来说，eMMC是主流的存储解决方案，但在商用车辆的车队管理中，通常会使用高容量的PCIe SSD。

群联电子 – 最懂车载存储的解决方案提供商

随着汽车技术对数据的依赖程度前所未有地增加，一级供应商(Tier1)、车辆制造商已经陆续开发了域控中心化架构。这种架构所应付的应用，需要更多，更快，更可靠的闪存数据存储解决方案，这个领域在不久的将来将迎来令人难以置信的增长。

这就是为什么群联电子持续在车載存儲方案的研发进行重大投资的原因。群联电子，作为全球最大的车载eMMC主控供应商，不只取得ISO26262功能安全的开发流程认证，也是全球第一个取得Automotive SPICE(ASPICE) CL3的獨立闪存主控研發领导供應厂商。公司长期以来，与NAND 闪存领导制造商、汽车行业的合作伙伴进行技术交流、商务合作与投资，以确保在车载存储行业中的领导地位。功能安全开发流程认证，ISO 26262，也成为了全球首家获得Automotive SPICE (ASPICE) CL3认证的独立NAND闪存控制器供应商该公司一直与领先的NAND闪存制造商和汽车行业合作伙伴进行技术和业务合作，以确保其在汽车存储市场的领导地位。

现在我们已经探讨了汽车技术与市场需求的演进如何推动车载存储解决方案的需求，我们接下来的文章将介绍车载存储技术的演进，如何从eMMC过渡到UFS甚至未来的PCIe BGA SSD。请不要错过我们的车载存储系列的第二篇文章。

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