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四大痛点困扰汽车存储,西部数据持详解应对之道

2021-10-09 10:39
来源: 粤讯

自1885年世界第一辆汽车诞生到现在已经有近140年的历史,汽车这个人类的好帮手也在发生着巨大的进化--从最初的冷冰冰的机械体变成了有温度的智慧体,目前,汽车正在向“新四化”--网联化、智能化、电动化、共享化发展,新四化对汽车存储提出了更大的需求。据统计,目前网联车与汽车技术达到了3EB的需求量!(1 EB = 1,024 PB = 1,048,576 TB)

“以前一讲汽车就是三大件、四大件,但今天再去和车厂、头部客户去聊就会发现,首先在整车里面,汽车电子比重越来越高。其次,汽车电子中原来主芯片份额最高,现在我们发现主芯片与存储的比重在变化,甚至存储的份额已经超过了主芯片,西部数据为什么重视汽车行业存储,因为汽车行业中展现出了存储的比重越来越高的趋势。”西部数据公司中国区汽车电子事业部销售总监王剑松表示:“随着汽车新四化的持续深化发展,数据与车载存储技术正逐渐成为推动自动驾驶、智能座舱落地与应用不可或缺的一环。西部数据公司能够提供覆盖8GB-20TB容量,包括e.MMC、UFS、micro SD、SSD、HDD在内的车规级及企业级存储产品,以具备高性能、大容量、安全性和可靠性的存储解决方案支持端-边-云新型数据架构在汽车领域的应用。未来,西部数据将继续扎根自主品牌,不断以创新的产品及解决方案赋能汽车领域的改革与发展,并进一步携手更多合作伙伴深耕中国市场,加速构建汽车全产业链生态圈。”据他介绍,在存储领域,西部数据处于领导地位,全球大约有40%的数据是存储在西部数据的各类产品上。至今,西部数据在业界已成为一家从专利到技术研发到工艺,既拥有自主的机械硬盘HDD,又有NAND Flash研发技术的公司。

“西部数据在固态NAND Flash技术上和铠侠有二十多年合作经验,主要在晶圆的工艺制造方面。我们和铠侠在过去十年间有高达180亿美金的联合研发投入,这是一个相当庞大数字。在NAND Flash制造工艺迭代上,我们一起经历了15代工艺迭代。在NAND Flash存储行业,以2020年3季度数据来看,我们与铠侠的合资工厂占据了全球34.9%份额。”他强调,“今年西部数据与合作伙伴铠侠联合研发出第六代 162 层 3D 闪存技术。与上一代产品相比,它降低了单位成本,并使每个晶圆的制造位增加了高达 70%。我们还拥有包括能量辅助磁记录(EAMR)技术、业界领先的三阶寻轨定位系统(TSA)以及第六代 HelioSeal 等硬盘技术,并把这些技术应用到了数据中心产品组合中,为用户和市场提供更高的面密度和更低的总体拥有成本。”

西部数据公司车载存储产品事业部资深产品市场经理额日特进一步表示随着汽车智能网联的不断推进,汽车的电子电气架构(E/E)也在随之变化,从最初的分布式在向域融合和中央控制单元过渡。虽然新的电子电气架构目前还没有统一的标准,但是对于存储产品的要求却发生了很多变化。数据稳定性和安全性,大数据存储,性能提升,更加复杂的应用需求,等对车内及边和云的数据存储提出了更高的要求。为了实现完全自动驾驶,不仅需要单车智能,车路协同同样必不可少。端-边-云数据基础架构,能够确保汽车行驶过程中,数据计算的时效性,减少因中心云计算高延迟带来的潜在的风险。

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他指出全球知名第三方机构Yole的报告显示,对于NAND需求量比较巨大的主要还是企业级SSD、消费类SSD。蓝色部分的汽车存储从2021年左右几乎看不到的比例到2026年有一定的比例,虽然占比依然不大,但是从复合增长率来看,汽车领域比其他领域增长得更快速。“在2021年,单个手机平均存储容量可以达到105GB,汽车领域实际仅有34GB。然而到了2026年,单车的存储容量达到483GB,而手机只有350GB左右。从数据对比上来看,未来汽车领域的存储会有很大的增长空间,那是什么引领了车载存储的增长态势?”他进一步指出,“就是汽车的‘新四化’,在乘联会定期更新的CASE指数中,由于共享化的数据比较少,只列出网联化、智能化、电动化的数据。从图中可以看到,今年7月份,智能化指数达到51.2%,意味着当月新发车型当中,有一半以上的车型包含L1及以上的自动驾驶的功能。同时,网联化指数达到32%,电动化指数达到14.8%。从比例来看,智能化现在的指数最高,但是依然有很大的增长空间。”

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那 “新四化”能给汽车存储带来什么改变?“首先看看智能化,目前很多新车当中包含360环视、自动驾驶、车道偏移、跟车等新的ADAS功能,这些ADAS的功能会需要西部数据主流的8GB e.MMC的存储支持。另外,在上海或者在北京等一些大城市可以看到自动驾驶出租车,自动驾驶出租车单车容量可以达到4TB,和目前平均容量来比有较大的增幅。要注意这些存储产品在汽车内的应用是之前没有的,这个也是智能化给汽车领域带来新的改变。”他指出,“再来看一下网联化和电动化,这也是相辅相成的过程。我们Tbox的前装率之前不是很高,基于电动化以后,电动车Tbox必须强制安装,所以电动化的普及使Tbox在汽车领域前装率得到较高增强。Tbox目前会采用8GB e.MMC,电动化和网联化还催生了IVI,就是娱乐导航系统。娱乐导航系统本身在汽车领域是100%前装率,由于功能单一,对于存储需求并没有很高,主要集中在32G以下。随着电动化、网联化,大家对乘驾体验要求越来越高,也从IVI升级到智能座舱,智能座舱对于内存的需求也从32G以下变成了64G以上。所以可以看到,整个新四化对于车载存储需求,不论在数量上还是在容量上都有一个较大的促进作用。”

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可以说新四化是促进汽车行业以机械系统为主,向数据驱动创新的转变。

01/NAND Flash在汽车存储领域四大痛点

自动驾驶对于车路协同感知系统的要求在不断提升,之前汽车相当于孤立地行驶在路上,汽车慢慢把车内生成数据转到云端,这是最早车到云传输路径。因为自动驾驶对数据计算低延时的要求,即便是中心有算力,但因为远离数据端,所以没有办法满足对低延时要求,于是最新数据架构就要求一个中心源下沉到数据源一侧,就是路端。最新的“端-边-云”数据架构能够确保自动驾驶汽车可以及时有效地与路上的信息源交流,确保自动驾驶汽车在路上行驶的安全性。

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额日特表示“新四化”把汽车带到新高度,随着NAND Flash在汽车领域运用得更加广泛,也产生了很多问题。简单总结客户在平时使用过程中会遇到四大痛点:第一,耐久性。NAND Flash是有擦写寿命限制的。举一个比较极端的例子,汽车领域对于车辆的要求一般在八年或者十年,因此在最初项目立项的时候,根据工作负载,选择一块8GB容量的存储,十年的总写入量可以支持20TB。那么问题来了,现在有很多新的应用不断出现和更新,随着使用年限的增加,工作负载可能比之前预期要大很多。这就会导致一个问题,原本的应用可以保证安全行驶八年或者十年不出问题,但随着工作负载增加,NAND Flash车载容量消耗会加快,可能会遇到用到第四年或者第五年机器无法启动的情况,这就是耐久性痛点。所以我们希望客户能够在工作负载计算的时候,能多留一些余量,给未来AI或者新的应用留一些空间。

第二,性能。由于现在应用越来越多,越来越复杂,对于存储的要求也是越来越高。现在的存储,包括NAND Flash在内,有不同的协议规范,呈现出的产品性能差异也相当大。怎么样选择一款合适的而不一定是最快的产品,这个也是放在客户立项时比较头痛的问题。

第三,分区。他表示这个概念在使用当中最容易混淆,很多客户说要做三个分区,一个用来存系统,一个存经常使用的数据,另一个存不经常用的数据。他们经常会问,第二个分区会不会因为经常反复擦写而被破坏掉。这里我需要纠正下,现在大多数市面上车载应用NAND Flash产品,都是不支持物理分区的,这里客户所说的分区是指逻辑分区,比如说分成ABC三个区。但是我们反复擦写的B区数据,实际上在存储当中是放在全盘做读写均衡的。如果客户看到B盘损坏,就代表整个盘都已经损坏,A盘和C盘也不能幸免。所以我们一定要对物理分区、逻辑分区有概念,确保不会因为频繁擦写数据,而损坏整个全盘,导致机器不能正常使用。

第四,智能座舱和IVI是客户关心比较多的。因为现在高精地图普及率越来越高,随着地图文件越来越大,如果还是保持之前在线烧录,会在生产线占用很多空间和时间,很不划算。有一条更节省成本的路,就是现在所说的预烧录。预烧录有很多不同的产品,目前市面上主流是25%容量的预烧录,也有100%容量预烧录,然而对于100%容量预烧录产品,其实后期回流焊的次数也是有限制的,有时候三次,有时候两次。

02/西部数据目前汽车存储产品概述

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据他介绍,目前西部数据提供的汽车存储产品有分两大部分,一部分是e.MMC和UFS,UFS包括UFS2.1、UFS3.1,这三款产品在封装尺寸上是一样的,是11.5×13 153ball。但是e.MMC和UFS不是兼容的,UFS2.1和3.1兼容,但需要在电压方面做兼容设计。目前在汽车前装市场领域,应用最大的也是e.MMC,主要应用在TBox网端和ADAS上,有些中低端IVI也会使用8-32GB的e.MMC。UFS2.1更多使用在座舱领域,容量从64GB到256GB不等。UFS3.1今年年底会上市一款新的UFS3.1协议的产品,容量可以达到512GB。由此可以看到目前e.MMC和UFS容量基本都是在256GB,UFS3.1能够有效弥补e.MMC和UFS在高容量存储方面的劣势。再看一下SSD,目前在前装车载领域基本没有应用SSD,因为目前还没有特别成熟能够适合前装以及封装的SSD,而且其成本也比较大。目前SSD封装尺寸比较多,有M.2、U.2,容量的话单盘最高达到15.36TB,但是如果用在前装车领域,未来还是以512GB或者1TB为主。既然UFS后面容量可以高达512GB,那么在512GB或者1TB节点上,UFS和SSD会有比较正面的冲突,该如何选择?可以看一下列出来的SSD和e.MMC、UFS最主要的区别就是SR-IOV。“刚才讲了,市面上NAND Flash的存储产品基本上不支持物理分区,而SR-IOV是支持物理分区的功能,后期SSD的物理分区可以从8个分区起。所以在容量点上,UFS和SSD是有得一拼,如果需要SR-IOV的物理分区的功能,想必目前还只有SSD会支持这个功能。”他指出,“刚才讲了很多前装领域e.MMC和UFS的应用,那么SSD在整个汽车市场应用情况怎么样?目前SSD主要应用在商用车的自动驾驶,我们也和业内很多自动驾驶的卡车或出租车公司都有接触,目前这两个类型的商用车高阶自动驾驶会广泛使用大容量SSD来做数据存储,但是两者也有一定区分。我们了解到,目前在自动驾驶卡车领域,主要的存储容量需求在1T或者2T以下,而自动驾驶出租车领域的配置是4TB。展望未来,如果商用车在商业化落地以后规模数量上都有较大增长,那么对于SSD在车载领域应用也有巨大的推进作用。”

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在自动驾驶出租车或者卡车里,存储主要有两个应用区域。第一部分是系统存储,主要做自动驾驶系统存储区域,这块区域容量不会太大,可以用512GB以下存储产品,SSD、e.MMC、UFS都足够支持。但是到了更大数据的记录区,比如记录我们各个传感器数据以及黑匣子数据,对于数据存储需求将是巨大的,如本文开篇所述自动驾驶出租车领域会需要用到4TB UFS、SSD来作为系统存储盘。

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额日特指出目前的汽车不单单是行驶在路上,而是需要和云端有数据交互的过程。端-边-云新型数据架构也催生更多的不同类型存储产品在汽车领域应用。在车内,西部数据能够提供从e.MMC、UFS、卡片以及SSD的各种应用,边缘和云端也是西部数据主要的产品区域,就是企业级的HDD和SSD。西部数据是一家支持自动驾驶端-边-云新型数据架构的公司,产品容量从8GB到20TB,适用范围包括车规级、企业级、消费级、工业IoT等等,只要端-边-云数据架构中需要用到的存储,目前西部数据的全产品线就可以提供支持。

03/西部数据的实际案例介绍

王剑松介绍了西部数据在在智能网联中的实际应用案例。首先他分享了合作伙伴分享的通信模块在汽车内的引进的路线图(如下图所示)

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“我们国家可以引领了通信行业的发展,而汽车领域更新得非常快,汽车模块现在已经跟上了5G。西部数据在最近这两代,尤其4G和5G里面都展开了深入广泛的合作。”他指出,“e.MMC的8GB,甚至16GB和32GB,在最新的5G模块里面都会用到。根据合作伙伴的理解,在汽车互联的环境下,他们发现数据的存储要求有FOTA主节点,即对数据的要求;新能源,政府法规的要求,有些数据必须存储下来;测试里程数据,就像刚才额日特讲到的场景数据,这是为将来自动驾驶AI来服务;车身数据,这个需求一直在;高精地图,刚刚也额日特讲到了;最后系统安全,系统双备份策略……这些都围绕怎么把数据存储在存储设备里展开。现在可以看到,每台车大致存储需求量是32GB,往后随着自动驾驶、汽车互联不断深入差不多会增加到400GB、500GB。西部数据的e.MMC、UFS甚至SSD都已经在汽车行业中使用了。这里是我们合作伙伴的产品在车厂的应用,可以看到8GB、16GB的iNAND AT EM122,以及车规级8GB的产品,已经在广泛使用了。”

西部数据合作伙伴慧翰微电子上海分公司总经理王馨玮表示:“我们很高兴能和西部数据这样的存储解决方案的领导企业进行深度合作,把最新的NAND Flash技术运用到汽车网联化的应用中。”同时,慧翰微电子总工程师孙礼学也表示:“随着5G和自动驾驶技术的成熟,汽车互联日渐成为新车型的标准配置。TBOX作为汽车与外界的通讯枢纽,其需求量已呈现出爆发式的增长。汽车互联对于存储的容量需求也越来越大,要求也越来越高。以OTA为例,很多车厂,尤其是新能源汽车,对OTA的功能越来越倚重。我们已经看到许多客户为了提高整车智能系统的迭代效率提出了32GB甚至更高的存储要求。”

吉利汽车采购总监张继奎则表示:“得益于和西部数据的合作,我们的E01娱乐导航系统成为业界最快使用3D NAND e.MMC技术的产品,我们的下一代智能座舱系统更需要像西部数据这样的公司提供高性价比的存储产品。随着汽车互联和自动驾驶的推广,我们期待着和西部数据进行更紧密,更深入的合作。”

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最后,他强调在西部数据看来,在闪存领域最大的核心竞争力就是垂直整合能力。“如果把e.MMC和UFS作为存储系统来看的话,其中的每一个部件,从最左边的Flash颗粒到e.MMC、UFS控制器,到控制器与颗粒配合的固件,以及最终在汽车行业里面运用之前必须有严格的测试和验证,整个这一条产业线都是西部数据自主研发、深入耕耘,我们的垂直整合能力在汽车存储领域是独特优势。”他总结道。

针对大家关注的网联汽车的数据安全和加密,额日特表示在汽车领域有一个ASIL汽车安全完整性等级,它的认证过程非常严苛,是针对整个系统而非其中某个组件进行评估。在整个存储领域,包括车载存储,数据加密主要还是依靠上层软件的支持。西部数据也有一部分名为RPMB,需要通过密钥来访问的特定区域,可以存储密码等一些数据。但对于全盘加密来说,目前整个行业还没有统一的标准,如果有客户感兴趣的话,可以与西部数据做深度的探讨。

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