为什么内存和存储解决方案是丰富汽车体验的关键

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

在这篇文章中（最近发表于编辑自未来之旅），您将发现当今先进的车载存储和内存解决方案如何帮助重新定义汽车性能、质量、可靠性和安全性。

今天的汽车不仅仅是一种交通工具。与其他现代设备一样，它们正在利用人机交互 (HCI) 成为通信、信息和娱乐的迷你中心。通过不断的数据收集和分析实现的汽车技术创新正在将互联性和自动化推向前所未有的水平。

数据和技术相结合，为驾驶员和乘客提供了一个全新的车内体验世界。除了能够绘制和跟踪大量车辆和环境参数之外，汽车还可以分析乘客的行为模式，以便随时提供先进的生活方式选择。

总而言之，汽车行业的目标是打造无需人工干预即可安全运行的自动驾驶汽车 (AV)，同时为乘客在旅途中提供舒适和丰富的体验。先进驾驶辅助系统 (ADAS) 等技术框架利用车辆人工智能和传感器技术使这一切成为可能。

这些系统可以根据实时数据做出即时决策，以确保舒适性和安全驾驶，几乎不需要人为干预。目前，具有 3 级功能（有条件自动化）的自动驾驶汽车预计将普遍存在到 2024 年将出现在道路上，而具有 4 级能力（高度自动化）的人可以开始在高速公路上进行试点计划最早到2025年.

不用说，这些汽车系统会生成和处理大量数据。例如，谷歌自动驾驶汽车生成约1GB/秒。鉴于美国汽车驾驶员平均每年驾驶约 600 小时，这意味着每辆车每年的数据存储和处理需求高达 2 PB (PB)！

还有汽车存储要求还不止于此。存在连接问题。 A 戴尔的研究表明到 2030 年将有 9000 万台联网自动驾驶汽车，每天总共将产生 1 泽字节 (ZB)。

最后是车载信息娱乐（IVI）系统，该系统已经存在了几十年。其中包括乘客的视听娱乐系统以及向驾驶员提供 3D 地图、方向、交通状况等的导航和远程信息处理系统。尽管存在流媒体选项，但数据连接并不总是可靠的。为了解决这种情况，大多数流媒体服务都提供在家下载本地副本的选项。这种趋势不太可能消失，从而进一步增加了对车内存储的需求。

这里明显的教训是，原始设备制造商、一级汽车零部件和存储/内存供应商需要立即开始规划（如果还没有的话）来满足这一需求。

汽车存储需求不断增长

正如我们所指出的，当今汽车的内存和存储需求只有一个方向：提高。虽然每个汽车制造商都试图通过提供更多数据驱动的功能来击败竞争对手，但我们预计范围会随着时间的推移而增加：

- - 远程信息处理和 V2X 应用 – 8 GB 至 64 GB
  - 信息娱乐 – 64 GB 至 512 GB
  - 高清映射 – 16 GB 至 128 GB
  - 仪表板摄像头 – 8 GB 至 128 GB
  - 数字仪表组 – 8 GB 至 32 GB
  - ADAS – 8 GB 至 128 GB
  - 事故记录 – 8 GB 至 256 GB

总而言之，现代汽车每天的数据存储量估计为每天 3 到 4 TB。在不久的将来，随着自动驾驶汽车成为常态，这些要求只会增加。

来源： 对位研究

虽然大部分数据最终可以传输并存储在云中甚至边缘服务器中，但许多实时和自动操作需要本地处理和分析。这就需要车内有大容量、高性能、低延迟的存储。

汽车存储技术的演变

汽车中数据的存储、处理和输出水平不断提高，需要快速且有弹性的车载内存。

当汽车发动机启动时，仪表盘、控制单元、后视摄像头等需要在一秒钟内启动并准备就绪。

NAND 闪存非常适合这些应用，并且当今的汽车已经过渡到闪存介质。与必须旋转的硬盘驱动器不同，NAND 闪存是固态存储器，可以在不到 100 毫秒的时间内启动，而硬盘驱动器的启动时间为 20-30 秒。另外，与需要电源支持来维护存储信息的 SRAM 和 DRAM 不同，闪存本质上是非易失性的。

尽管 NOR 存在并且比 NAND 有一些优势，但由于密度低，它已经失宠。如今，它经常被用作 eFuse 或 ROM 引导代码的替代品，而 NAND 闪存主要用于数据存储。它们有时会组合成共享存储集群，可以处理多个用例，包括：

- - 阅读密集型 IVI 和导航
  - 由前/后车载摄像头组成的写入密集型事件数据记录器 (EDR) 系统
  - 边缘网关和物联网传感器验证
  - 车辆跟踪和车队管理系统
  - ADAS 和驾驶员监控系统 (DMS)

这些存储集群上的控制器可以执行高级任务，例如记录、分析以及从云和边缘服务器上传/下载数据。

在汽车闪存的早期，存储基于联合电子设备工程委员会 (JEDEC) 定义的嵌入式多媒体控制器 (eMMC) 标准。它只是 NAND 闪存及其控制器的集成封装，带宽为 100-200 MB/s。

尽管 eMMC 性能确实有所提高，但它只能执行半双工读/写操作，即允许读或写，但不能同时进行两者。 JEDEC 随后提出了通用闪存（UFS）标准它使用串行低压差分信号 (LVDS) 接口，具有独立的读取和写入路径，可实现全双工数据传输，允许以 2900 MB/s (UFS3.0) 的峰值带宽同时读取/写入。该带宽能够超过 eMMC 5.1 的 400 MB/s。采用 NVMe Gen4（7000 MB/s）和 Gen5（14,000 MB/s）SSD 的趋势也在不断增长。

汽车存储的关键考虑因素和挑战

不到十年前，汽车制造商不会直接与存储公司对话；现在汽车制造商不会直接与存储公司对话。他们最多与一级供应商讨论芯片组选项。然而，NAND 闪存存储现在已成为物料清单 (BOM) 的重要组成部分，迫使汽车制造商直接与存储设备和闪存制造商合作，甚至进行内部数据存储设计。这对于 NAND 闪存行业以及 SSD 行业来说都是一个巨大的增长机会——随着汽车市场向联网和自动驾驶汽车发展，汽车市场将成为主要的客户群体。

如今的汽车和卡车预计将提供超越当今手机所能提供的体验。客户希望看到信息娱乐、ADAS 和云连接领域的下一代应用在容量、接口、速度、功能安全、数据完整性、可靠性和使用寿命方面具有不同的内存需求。这意味着 eMMC 非常适合地图和 GPS 导航，UFS 可以通过高速读取操作支持 IVI，而 PCIe NVMe 非常适合与集中式车辆架构和基于 AI/ML 的应用程序保持同步。

让我们评估一下汽车存储的不同功能：

表现

汽车制造商越来越多地转向 PCIe SSD 来满足尽可能多的存储需求。与 UFS 和 eMMC 相比，PCIe SSD 具有更快的顺序和随机读/写性能。此外，NVMe 支持的 SR-IOV、Zone Namespace 和双端口是提高汽车集中系统上运行的多个虚拟机效率的重要元素。它们非常适合信息娱乐以及 ADAS 应用。

质量

汽车行业有严格的质量要求（在许多情况下受到法规的约束）。汽车制造商需要极低的百万分之缺陷率 (DPPM)，这对于任何闪存、芯片或控制器制造商来说都是一个艰巨的要求。 IATF 16949 认证强调开发面向流程的质量管理体系，以实现持续改进、缺陷预防以及减少供应链中的变化和浪费。存储供应商必须遵守它才能获得任何汽车业务。

可靠性

NAND 存储针对从 0 开始的典型工作温度范围内的耐用性进行了优化°℃至80°C. 汽车制造商经常需要存储设备在以下环境下运行温度范围为 -40° 至 125℃。具体来说，他们寻求 AEC-Q100 认证，这意味着该设备已通过特定的压力测试并保证最低水平的可靠性。

安全

对于汽车半导体公司来说，国际主要制造商都要求遵守 ISO 26262（即功能安全标准）。功能安全被定义为不存在因电气和电子系统故障或意外行为引起的危险而导致的不合理风险。实际上，这意味着设计人员必须遍历每个故障场景并确保可以非常快速地检测到它们。所有设备都必须在出现问题时提供后备安全状态。功能安全认证是构建汽车存储解决方案以提高车辆安全性的重要验证点和里程碑。

对于该行业来说，部署具有内置错误检测和纠正机制的产品至关重要，这样可以为汽车合作伙伴带来始终如一的更高质量和接近于零的故障率。了解汽车市场的敏感性和法规可以加强设计层面的质量管理，以确保汽车制造商和汽车最终客户获得最佳结果。