涅槃汽車: 智能座艙數據存儲技術淺析

近日，涅盤汽車發表了一篇分析智能座艙數據存儲技術的文章。內容如下：1。智能座艙的存儲越來越重要，容量越來越大。我們都知道，中國的新能源汽車正在逐漸步入正軌，越來越多的用戶選擇更智能的新能源車。從過去5-10年的發展趨勢來看，汽車已經從機械定義汽車到電子定義汽車，再到近年來流行的軟件定義汽車。汽車硬件通用化后，汽車軟件的研發環境變得更加輕松，包括操作系統建設和應用生態系統建設在內的軟件應用場景都有實施空間。就像PC和智能手機一樣，汽車的差異化主要體現在軟件上，軟件定義了汽車。中國新能源汽車向智能汽車發展后，正在復制中國制造業智能手機快速復制的路徑。

近年來，智能座艙的發展越來越快，整個智能座艙已經成為整個主機廠“內部競爭之王”的必備場地。它可以滿足用戶的多種需求，用戶希望車輛能像手機一樣變得更加智能。除了駕駛舒適性，更個性化的設置和人機交互可以讓用戶體驗到這款車的情感需求。現在主機廠之間的競爭越來越同質化，需要形成產品差異化，而智能座艙只是一個突破。互聯網企業在移動終端市場飽和的情況下，認為汽車將是繼PC、手機和平板電腦之后的另一個智能終端載體，而智能座艙是這一載體最重要的載體。回顧手機存儲容量的趨勢變化：在智能手機興起之前，基本上是諾基亞的功能機世界。例如，2009年，諾基亞的神機5230的存儲容量為256MB，無法存儲高清視頻。當時，它還是一個Symbian系統，基本上沒有應用程序功能，只有一些簡單的聽音樂、打電話和玩游戲。后來，它在2010年左右逐漸發展成為智能手機。一開始，Apple 4的手機存儲容量為16GB-32GB，可以進行簡單的視頻通信和游戲。沒有辦法在本地存儲高清地圖，它們都是在線緩沖。想想誰現在買不到容量超過64GB的新手機。如果你是一個32GB的iPhone 7，你每天都會因為刪除圖像和緩存而筋疲力盡。任何應用程序都只需要幾百MB，而微信聊天記錄則需要10 GB的存儲空間。直到最近發布的手機，很難說哪一款是最新的沒有256GB存儲容量的手機。隨著手機上存儲的照片越來越高清，視頻存儲內容也很大，而且大多數人的手機都有100多個應用程序，所以手機的存儲容量會越來越大。讓我們來看看智能座艙的發展過程：

1） 在20世紀90年代，機械化階段包括機械儀表板、車載收音機、對講機和其他設備，密集的物理按鈕操作只提供車速、發動機轉速、水溫和油耗等基本信息。此時的存儲主要是NOR FLASH，類似于諾基亞手機時代，只需要存儲行車距離和收音機設置等簡單信息，存儲要求不會超過100MB。2） 2000年至2015年，電子舞臺：電子技術進入駕駛艙，駕駛艙配備了相對簡單的電子設備，如小型中控液晶顯示屏、汽車導航、藍牙和媒體播放設備。此時，存儲需求逐漸增加，并且有可用的操作系統，需要存儲空間來容納操作系統。同時，一些地圖數據需要內置在存儲器中，而不是像以前那樣通過TF卡更新地圖，因為地圖可以通過互聯網實時更新。特斯拉甚至在這個階段將其網絡瀏覽器放在了中央顯示屏上。此時，車內沒有太多人機交互，t……

車上的應用程序不多，所以此時的存儲容量基本在16GB左右。3） 自2015年以來，智能時代已經到來：大尺寸中控屏幕的出現標志著駕駛艙智能化的開始，消費電子技術已經進入汽車領域。液晶儀表、中控屏、平視顯示系統、視覺感知、語音交互等通過域控制器集成組裝在座艙內，根據駕駛員和乘客的偏好、習慣和需求，提供更舒適、更智能的駕駛體驗。這是一個類似于手機的智能“堆疊”時代。業界通常將智能汽車描述為具有四個輪子的智能手機。主要原因是，在汽車硬件標準化之后，會出現類似蘋果iPhone智能手機在過去引領產業鏈的趨勢。硬件結構設計基本固定為前后蓋夾住主板電池的直板設計，可以顯示產品差異化，只有系統軟件。在電子元器件配置和新材料應用方面，智能手機的差異化在業內統稱為“堆疊”行為。我們先來看看常見的液晶儀表對eMMC容量的要求。下圖顯示了一個在i.MX6DL平臺上使用12.3英寸全液晶儀表的項目。在這一點上，可以看出該項目對eMMC容量的需求相對較小，僅需要533MB。最大的資源是UI圖像資源，因為許多汽車需要多組UI界面。例如，當汽車切換到運動模式時，UI界面更耀眼；當切換到經濟模式時，實現了更平和的UI，可以為用戶提供更好的體驗。因此，儀表板的存儲大小主要是由于圖像UI資源的高利用率。

從上圖可以看出，eMMC的容量要求是533MB，但實際上4G eMMC綽綽有余。為什么許多原始設備制造商選擇8G eMMC？主要原因是現在小容量4G eMMC幾乎被淘汰，只剩下Magnolia和Sandi擁有汽車級小容量eMMC芯片，價格也與8G eMMC相同。交付時間不如8G eMMC，設計余量為93%。容量浪費是浪費的，無論如何，價格和交付時間都是存在的。讓我們來看看eMMC對中央導航控制臺的容量要求。在沒有在線地圖的傳統導航控制臺中，使用8G eMMC就足夠了，這主要是因為離線地圖占據了最大的空間。

從數據的角度來看，最大的部分是離線地圖。如果是高清地圖數據，這部分數據接近10GB。如果安裝了一些應用程序，如喜馬拉雅、蜻蜓FM等，這部分還需要為客戶預留下載數據的空間。否則，用戶無法根據此應用程序在本地下載和緩存數據，只能在線收聽。這是一種非常糟糕的體驗，因此在正常情況下，中央導航主機的eMMC容量通常為32GB。逐漸開始引入“域控制器”

原駕駛艙的控制器基本上是分開的，有一個導航主機、一個液晶儀表板、一個AVM全景攝像頭和TBOX。這里的線束連接非常復雜，不同供應商之間的直接協調和調試也非常復雜。現在使用域控制器更改路由很簡單，并且可以集中資源進行開發。一個域控制器可以替換許多不同的設備。在這個過程中，沒有什么比域控制器更復雜的了。此時，智能座艙的“堆疊”更多的是域控制器的大規模使用，一個核心拖動多個屏幕，一個主芯片驅動不同的設備。現在最受歡迎的高通8155可以驅動中控導航、液晶儀表板、HUD、行車記錄儀、TBOX、后頭枕顯示器等。此時，存儲容量要求將變得尤為重要，因為它需要滿足各種部件的原始存儲容量要求，還需要包含許多人機交互要求，從而使得容量要求甚至更高。上圖顯示了理想L9的智能駕駛艙。……的……

社會宣傳是，理想L9標配兩顆高通驍龍8155芯片，以及24GB內存和256GB高速存儲容量，形成了一個強大的計算平臺。從極氪001升級而來的基于8155計算平臺的新一代智能座艙配備了7納米8核CPU、16GB內存和128GB存儲空間。小鵬P7搭載了高通驍龍820A，這是上一代域控制器芯片，存儲容量為8+128GB。這一容量主要是為了讓用戶能夠攜帶更多的應用程序，并支持迷你程序擴展，具有很強的實用性和娛樂性。該車配備了全面的視覺傳感器配置，包括各種RGB圖像數據、環境光線跟蹤數據、景深信息數據等，在AR VR MR圖像生成和制作方面具有天然優勢。一旦其視覺處理能力得到開發，再加上智能汽車的高清顯示屏設備和AR-HHUD虛擬顯示設備，它就是最具可玩性的智能終端。無論是在終端還是在云中，都需要巨大的存儲空間。可以看出，這一階段的存儲容量需求已經從64G-512G演變而來。隨著人機交互的發展，對存儲高清視頻內容的要求，以及不同規模的域控融合功能，存儲容量逐漸增加。小結：事實上，所有信息數據驅動的智能產品都與生物世界的智能水平相似，而決定智能水平的最基本指標是大腦的大小。以此類推，對于智能產品來說，其智能化水平也與芯片的計算能力密切相關。在這一波智能座艙浪潮中，存儲芯片的容量至關重要，最初依賴于存儲空間的突破。只有當產品的存儲空間足夠時，才能加載更大的系統軟件和應用軟件，才能存儲更多的數據用于生產和服務。2.智能座艙的存儲芯片要求。因為每個人都知道存儲容量越大越好。汽車的內存可以直接換成類似手機的大容量芯片嗎？而且，升級手機內存的技術已經非常成熟，所以車內用于域控制的存儲芯片仍然相對較小。你能一步到位地更換嗎？答案是，盡管它們都是存儲芯片，但確實無法直接替換。智能座艙芯片和普通消費級存儲芯片之間的區別甚至沒有一點點。讓我們詳細談談。2.2.1安全性和可靠性要求：讓我們先來看一個案例。特斯拉因內存問題召回了約13.5萬輛汽車，其中包括2012年至2018年生產的Model S和2016年至2018年間生產的Model X。特斯拉表示，當8GB eMMC存儲器達到使用壽命時，相應的控制器會出現故障，導致屏幕上的后視鏡、除霜設置、轉向信號調節等功能失效。這個問題通常在使用五到六年后開始出現，而特斯拉目前的解決方案是免費更換64GB的eMMC內存。用于智能座艙域控制的存儲芯片必須滿足車輛規范的要求。由于汽車是一種耐用的消費品，與消費電子產品市場不同，它們需要很長的供應周期。由于供應鏈的嚴格標準，以及車載存儲本身的設計和生產，它將面臨重大挑戰。汽車級芯片的設計很長，域控制存儲芯片存儲重要的車身控制信息。特斯拉就是一個例子，因此有必要對重要信息存儲的應用保障有非常高的安全標準。首先要確保的是高溫操作條件。普通消費電子產品在-10℃-50℃的溫度下可以正常工作。由于汽車行駛時外部環境的溫度變化很大，如后視鏡區域，長時間暴露后太陽的溫度可以達到90-100℃左右，這對存儲器的寬溫度控制性能有很高的要求。不同地點的存儲要求略有不同。對于不涉及安全應用程序等數據的純娛樂產品，要求為-40至85攝氏度。對于智能座艙域控制存儲芯片，這至少應該滿足-40至105攝氏度的溫度設計，以確保穩定……

在極低和高溫環境中的寬溫度范圍內的存儲性能，故障率為0。信號可靠性和完整性要求：在許多駕駛環境中，可能會頻繁出現電磁波等環境干擾，這會對數據的可靠性產生重大影響。因此，在設計中要做大量的工作來提高存儲器的抗干擾性能。此外，與消費類產品相比，在響應速度、抗振性、可靠性、糾錯機制、調試機制、可追溯性和數據存儲的高穩定性方面，車載存儲器在整車安全性方面也提高了許多數量級。并不是所有的牛奶都被稱為Trenzo，也不是所有的存儲芯片都是汽車級存儲芯片。該芯片從設計到整車測試驗證一般需要至少4-5年的時間，真正實現量產。它經過長期驗證，無法輕易用存儲芯片取代。智能座艙域控制存儲容量要求：車輛硬件主要由原始光敏或響應部件組成，用于接收DMS攝像頭輸入的駕駛員面部或手部信息和OMS輸入的乘客信息。同時，它接收車內乘客輸入的相關語音信息，以及車載音頻和顯示器等硬件單元。

可以看出，智能座艙域控制的計算能力和存儲量非常大，需要處理的任務很多，包括人機交互語音、人臉、手勢等各種信息的處理，還有中控導航、液晶儀表盤、HUD等顯示信息的輸出。它還兼容第三方軟件應用程序，包括天氣和地圖，以及系統軟件的存儲、車輛權限的管理、車輛OTA升級的處理等。對于存儲芯片的要求，前面已經提到了對大空間的需求，此外還有其他性能要求。2.2.2讀取速度要快。無論是在技術還是容量上，車載導航基本上都復制了手機的發展趨勢。最初，用于汽車導航的地圖是使用外部SD存儲卡存儲的。更新地圖時，只需拿出SD卡去4S店更新最新的地圖，就有年費。如今，手機的接口已經從eMMC變為UFS，智能座艙存儲芯片的接口也從eMMC變成了UFS。讓我們來看看為什么會有這樣的趨勢。2.2.3靈活配置SLC存儲要求。在5G移動網絡中，智能汽車中還有一個主要的內存消費者，那就是事件記錄設備。以前，汽車只能配備行車記錄儀來記錄簡單的交通取證視頻。很多時候，TF卡被插入，數據被存儲在上面。不同質量的TF卡具有不同的擦除速度，并且經常振動，導致接觸不良和卡損壞。長時間擦除后，寫卡的速度會顯著下降，通常需要在六個月左右更換一張卡，否則會損壞。上圖顯示了在1200次擦除之后的數據已經與初始數據進行了比較。擦除壽命降低了30%，錯誤率提高了50倍，寫卡速度也降低了90%，基本處于報廢的邊緣。眾所周知，如果駕駛數據記錄儀中存儲的內容基本上是一周左右，因為那張存儲卡的刷卡和寫入都是覆蓋的，比如16GB的TF卡。在視頻存儲滿16GB之后，之前的內容逐漸被覆蓋。因此，如果你有一天想看一個月的視頻數據，對不起，這已經涵蓋了。為了改善用戶在配置自己的卡時由于頻繁接觸不良而不得不在大約一年后更換TF卡的尷尬體驗，許多汽車制造商逐漸開始使用內置UFS存儲器進行數據存儲。首先，有必要建立一個概念，即EMMC是由NAND FLASH組成的，因此NAND FLASH的SLC、MLC和TLC也存在于EMMC中，并且可能存在擦除壽命問題。SLC可以擦除的正常壽命為60000次，但缺點是存儲容量低，高容量非常昂貴。目前的高容量EMMC芯片主要采用MLC格式。以1080P錄制高清視頻為例，1080P60視頻一秒鐘的數據大小為2200 X 1125 X 60=148.5M。視頻格式……

s RGB888傳輸格式，來自相機的信號基本上是YUV4:2:2。此時，1s的數據量為100M，一分鐘的視頻容量大多為100MB*60S=6GB的數據。錄制一小時視頻的原始數據為360GB。此時記錄到EMMC的數據是視頻壓縮數據，通常為H.264格式，壓縮比為60:1。此時，一小時的存儲空間也是6GB。如果此時將32GB的容量分配給行車記錄儀進行錄制，相當于錄制了大約5個小時的視頻，這需要強制覆蓋。每天24小時，即可覆蓋約4次，壽命可按3000次書寫，可滿足750天的使用壽命。此時，它完全無法滿足汽車工廠要求的10年使用壽命。此時，您可以選擇將32GB MLC存儲空間配置為16GB SLC格式。盡管存儲空間減少了一半，僅為16GB，但可支持的擦除數量已增加到60000。此時，計算表明，它可以滿足17.86年的循環壽命。由于智能座艙的存儲要求不同，需要支持行車記錄儀等大數據的讀寫存儲，壽命要求相對較高。因此，有必要支持SLC的靈活配置要求。2.2.4可支持動態磨損平衡技術。由于閃存的可擦除次數有限，當某些數據被頻繁修改時，很容易導致相應的塊快速耗盡使用壽命，導致整個磁盤無法使用。因此，需要一種技術來均勻地分布這些塊的擦除并延長它們的使用壽命。首先，我們來看看幾個基本概念：由于閃存無法覆蓋寫入，因此如果您想修改現有數據，則需要擦除原始數據并寫入新數據。經常修改的數據非常熱，稱為熱數據，而寫入后很少修改的數據就像進入冷宮，稱為冷數據。被擦除次數較少的區塊仍然很年輕，具有很強的生命力，因此被稱為年輕區塊。相對舊塊是指被擦除次數較多的塊，而剩余的次數不多。閃存很貴，擦除次數又很有限，我們該如何使用它呢？因此，有一種像Wear Leveling這樣的技術可以通過磨損平衡來延長閃存的壽命。在沒有損耗均衡的情況下，某些塊可能會被重復擦除并最終報廢，從而縮短閃存的壽命。磨損均衡技術是將擦除操作均勻分布在各個塊上，以防止某些塊過早耗盡其壽命。磨損均衡技術根據算法分為動態和靜態，根據領域分為局部和全局。在汽車領域，動態磨損平衡主要用于動態磨損平衡。當需要重寫時，新數據會寫入空閑頁，而舊數據則標記為無效，等待垃圾收集和擦除。

從上圖中可以看出，2nd WRITE覆蓋了LBA#6的數據，并寫入到新分配的頁面，而不是直接修改原始頁面。第三次寫入也是如此。到第N次寫入時，數據已經被重寫了N次，但垃圾收集尚未發生，因此存在許多無效頁。比較上圖中垃圾收集的左右圖像，可以看出垃圾收集已經擦除了Invalids的所有頁面，數據LBA#6也被移動到了一個新的塊。這是因為，正如開頭提到的，閃存擦除的最小單位是一個塊，所以當塊中有用戶數據時，需要遷移它。缺點：動態磨損平衡的一個明顯缺點是，當一段數據是冷的并且長時間沒有修改時，它占用的塊擦除非常少，但不能用于磨損平衡。2.2.5 SMT燃燒數據的穩定性。許多使用EMMC的制造商也有一個非常痛苦的燃燒過程。他們中的一些人發現，在用燃燒器預燃燒后的DIP組裝過程中，一些零件沒有打開。這非常痛苦，需要半天的故障排除。最后，發現軟件丟失了，此時需要重新刻錄軟件，通常通過USB進行升級。此時，一個設備的燃燒時間至少為15分鐘或更長時間。這大大影響了產品的生產效率……

離子線。如果不提前刻錄，直接在后端刻錄，SMT后將無法進行相應的功能檢查。同時，還需要大量的燃燒工裝，這將影響整體生產節奏。為什么會出現軟件問題？眾所周知，TLC、MLC和SLC的區別在于，在TLC工藝中，例如，0-3.3V需要分離8個等級。此時，當SMT 245℃回流焊通過時，液位很容易在內部輕微放電。此時，L5的電壓可以被修改為L4或其他等級。然而，SLC只有高水平和低水平之間的差異，這使得它不太可能放電并落入該范圍。范圍的邊界相對較遠，因此下降的程序都是MLC過程之上的eMMC，但數據是由放電引起的。因為機器本身沒有通電，也沒有充電的情況，所以數據位的翻轉是從1變為0的錯誤。目前，西部數據的汽車級芯片支持100%預燒，完全讓用戶放心使用，不用擔心SMT數據丟失的風險，解決了用戶的后顧之憂。3.中國西部數據iNAND AT EU312 UFS滿足“魅力王子”3.1高容量智能座艙存儲。首先，該系列具有不同的容量配置，可以滿足智能座艙產品在不同階段的存儲容量要求。

可以看出，存儲容量從16GB-256GB系列不等，部分型號仍有傳統配置。此時，中央導航系統可以選擇32GB的配置。如果已經是高通8155或8295配置，則存儲可以選擇128GB甚至256GB配置。3.2高可靠性：西部數據除了滿足整個智能座艙的容量要求外，在可靠性和安全性方面也下了很大功夫。新的256GB Western Data iNAND AT EM132嵌入式閃存驅動器使用64層3D NAND TLC閃存技術，在產品生命周期中超過了2D NAND，以滿足不斷變化的應用需求和不斷增長的容量需求。Western Data的iNAND AT EM132嵌入式閃存驅動器已通過IATF16949認證，符合AEC-Q100標準，并符合ISO26262 NAND閃存安全機制指南。它還包括一系列專門為密集型汽車工作負載設計的汽車功能，包括高級健康監測、熱管理、自動和手動讀取和刷新、強大的電源管理以及超過JEDEC標準的數據保留高級數據保護和糾錯技術。3.3基于優化的3D NAND技術和快速的UFS v2.1接口，EU312 EFD的iNAND提供了出色的讀寫性能，為大多數數據密集型汽車應用提供了嵌入式存儲解決方案。寫入速度最高可達550 MB/s，讀取速度最高可達800 MB/s，完全滿足當前智能座艙的讀寫速度要求。3.4靈活的汽車專用功能包括高級健康狀態監視器、增強的電源故障保護、快速啟動、增強的SLC LUN和OEM可配置的引導分區。由于汽車運行環境復雜，中控導航的電源線與車輛電池的12V電源之間可能接觸不良。此外，7637-2車輛級實驗還將模擬停電50ms以恢復正常電壓。正常的中控導航設計會有很大的電容，以確保整個機器在意外停電的情況下能夠正常運行，因此每個組件也有必要增強電源保護，確保存儲和存儲的安全性。如果此時不使用增強型電源保護，則在保存關鍵數據時存在故障風險。針對廣泛的讀/寫密集型用例進行優化在經常需要讀寫數據的領域非常有用。例如，前面提到的行車記錄儀的圖像存儲區域不適合于整個區域的動態平衡，并且該特征可以顯著提高使用壽命。這些汽車的特殊功能對于智能駕駛艙來說非常重要。選擇西部數據存儲，放心使用智能座艙存儲芯片。Western Data在閃存開發和系統設計方面擁有超過30年的專業經驗。在設計、制造、組裝、測試、可靠性分析和監控方面完全垂直集成……

閃存芯片，支持整個產品生命周期。在車內存儲方面，可以擴展PCN和EOL支持，以及為汽車行業提供專有的生產件批準程序（PPAP）文件。iNAND AT系列專為汽車應用中的高可靠性而設計，在整個制造過程中DPPM非常低。媒體聯系人：bella.zhang@np-automotive.cn

標簽：特斯拉極氪理想L9世紀發現

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