涅槃汽车: 智能座舱数据存储技术浅析

近日，涅盘汽车发表了一篇分析智能座舱数据存储技术的文章。内容如下：1。智能座舱的存储越来越重要，容量越来越大。我们都知道，中国的新能源汽车正在逐渐步入正轨，越来越多的用户选择更智能的新能源车。从过去5-10年的发展趋势来看，汽车已经从机械定义汽车到电子定义汽车，再到近年来流行的软件定义汽车。汽车硬件通用化后，汽车软件的研发环境变得更加轻松，包括操作系统建设和应用生态系统建设在内的软件应用场景都有实施空间。就像PC和智能手机一样，汽车的差异化主要体现在软件上，软件定义了汽车。中国新能源汽车向智能汽车发展后，正在复制中国制造业智能手机快速复制的路径。

近年来，智能座舱的发展越来越快，整个智能座舱已经成为整个主机厂“内部竞争之王”的必备场地。它可以满足用户的多种需求，用户希望车辆能像手机一样变得更加智能。除了驾驶舒适性，更个性化的设置和人机交互可以让用户体验到这款车的情感需求。现在主机厂之间的竞争越来越同质化，需要形成产品差异化，而智能座舱只是一个突破。互联网企业在移动终端市场饱和的情况下，认为汽车将是继PC、手机和平板电脑之后的另一个智能终端载体，而智能座舱是这一载体最重要的载体。回顾手机存储容量的趋势变化：在智能手机兴起之前，基本上是诺基亚的功能机世界。例如，2009年，诺基亚的神机5230的存储容量为256MB，无法存储高清视频。当时，它还是一个Symbian系统，基本上没有应用程序功能，只有一些简单的听音乐、打电话和玩游戏。后来，它在2010年左右逐渐发展成为智能手机。一开始，Apple 4的手机存储容量为16GB-32GB，可以进行简单的视频通信和游戏。没有办法在本地存储高清地图，它们都是在线缓冲。想想谁现在买不到容量超过64GB的新手机。如果你是一个32GB的iPhone 7，你每天都会因为删除图像和缓存而筋疲力尽。任何应用程序都只需要几百MB，而微信聊天记录则需要10 GB的存储空间。直到最近发布的手机，很难说哪一款是最新的没有256GB存储容量的手机。随着手机上存储的照片越来越高清，视频存储内容也很大，而且大多数人的手机都有100多个应用程序，所以手机的存储容量会越来越大。让我们来看看智能座舱的发展过程：

1） 在20世纪90年代，机械化阶段包括机械仪表板、车载收音机、对讲机和其他设备，密集的物理按钮操作只提供车速、发动机转速、水温和油耗等基本信息。此时的存储主要是NOR FLASH，类似于诺基亚手机时代，只需要存储行车距离和收音机设置等简单信息，存储要求不会超过100MB。2） 2000年至2015年，电子舞台：电子技术进入驾驶舱，驾驶舱配备了相对简单的电子设备，如小型中控液晶显示屏、汽车导航、蓝牙和媒体播放设备。此时，存储需求逐渐增加，并且有可用的操作系统，需要存储空间来容纳操作系统。同时，一些地图数据需要内置在存储器中，而不是像以前那样通过TF卡更新地图，因为地图可以通过互联网实时更新。特斯拉甚至在这个阶段将其网络浏览器放在了中央显示屏上。此时，车内没有太多人机交互，t……

车上的应用程序不多，所以此时的存储容量基本在16GB左右。3） 自2015年以来，智能时代已经到来：大尺寸中控屏幕的出现标志着驾驶舱智能化的开始，消费电子技术已经进入汽车领域。液晶仪表、中控屏、平视显示系统、视觉感知、语音交互等通过域控制器集成组装在座舱内，根据驾驶员和乘客的偏好、习惯和需求，提供更舒适、更智能的驾驶体验。这是一个类似于手机的智能“堆叠”时代。业界通常将智能汽车描述为具有四个轮子的智能手机。主要原因是，在汽车硬件标准化之后，会出现类似苹果iPhone智能手机在过去引领产业链的趋势。硬件结构设计基本固定为前后盖夹住主板电池的直板设计，可以显示产品差异化，只有系统软件。在电子元器件配置和新材料应用方面，智能手机的差异化在业内统称为“堆叠”行为。我们先来看看常见的液晶仪表对eMMC容量的要求。下图显示了一个在i.MX6DL平台上使用12.3英寸全液晶仪表的项目。在这一点上，可以看出该项目对eMMC容量的需求相对较小，仅需要533MB。最大的资源是UI图像资源，因为许多汽车需要多组UI界面。例如，当汽车切换到运动模式时，UI界面更耀眼；当切换到经济模式时，实现了更平和的UI，可以为用户提供更好的体验。因此，仪表板的存储大小主要是由于图像UI资源的高利用率。

从上图可以看出，eMMC的容量要求是533MB，但实际上4G eMMC绰绰有余。为什么许多原始设备制造商选择8G eMMC？主要原因是现在小容量4G eMMC几乎被淘汰，只剩下Magnolia和Sandi拥有汽车级小容量eMMC芯片，价格也与8G eMMC相同。交付时间不如8G eMMC，设计余量为93%。容量浪费是浪费的，无论如何，价格和交付时间都是存在的。让我们来看看eMMC对中央导航控制台的容量要求。在没有在线地图的传统导航控制台中，使用8G eMMC就足够了，这主要是因为离线地图占据了最大的空间。

从数据的角度来看，最大的部分是离线地图。如果是高清地图数据，这部分数据接近10GB。如果安装了一些应用程序，如喜马拉雅、蜻蜓FM等，这部分还需要为客户预留下载数据的空间。否则，用户无法根据此应用程序在本地下载和缓存数据，只能在线收听。这是一种非常糟糕的体验，因此在正常情况下，中央导航主机的eMMC容量通常为32GB。逐渐开始引入“域控制器”

原驾驶舱的控制器基本上是分开的，有一个导航主机、一个液晶仪表板、一个AVM全景摄像头和TBOX。这里的线束连接非常复杂，不同供应商之间的直接协调和调试也非常复杂。现在使用域控制器更改路由很简单，并且可以集中资源进行开发。一个域控制器可以替换许多不同的设备。在这个过程中，没有什么比域控制器更复杂的了。此时，智能座舱的“堆叠”更多的是域控制器的大规模使用，一个核心拖动多个屏幕，一个主芯片驱动不同的设备。现在最受欢迎的高通8155可以驱动中控导航、液晶仪表板、HUD、行车记录仪、TBOX、后头枕显示器等。此时，存储容量要求将变得尤为重要，因为它需要满足各种部件的原始存储容量要求，还需要包含许多人机交互要求，从而使得容量要求甚至更高。上图显示了理想L9的智能驾驶舱。……的……

社会宣传是，理想L9标配两颗高通骁龙8155芯片，以及24GB内存和256GB高速存储容量，形成了一个强大的计算平台。从极氪001升级而来的基于8155计算平台的新一代智能座舱配备了7纳米8核CPU、16GB内存和128GB存储空间。小鹏P7搭载了高通骁龙820A，这是上一代域控制器芯片，存储容量为8+128GB。这一容量主要是为了让用户能够携带更多的应用程序，并支持迷你程序扩展，具有很强的实用性和娱乐性。该车配备了全面的视觉传感器配置，包括各种RGB图像数据、环境光线跟踪数据、景深信息数据等，在AR VR MR图像生成和制作方面具有天然优势。一旦其视觉处理能力得到开发，再加上智能汽车的高清显示屏设备和AR-HHUD虚拟显示设备，它就是最具可玩性的智能终端。无论是在终端还是在云中，都需要巨大的存储空间。可以看出，这一阶段的存储容量需求已经从64G-512G演变而来。随着人机交互的发展，对存储高清视频内容的要求，以及不同规模的域控融合功能，存储容量逐渐增加。小结：事实上，所有信息数据驱动的智能产品都与生物世界的智能水平相似，而决定智能水平的最基本指标是大脑的大小。以此类推，对于智能产品来说，其智能化水平也与芯片的计算能力密切相关。在这一波智能座舱浪潮中，存储芯片的容量至关重要，最初依赖于存储空间的突破。只有当产品的存储空间足够时，才能加载更大的系统软件和应用软件，才能存储更多的数据用于生产和服务。2.智能座舱的存储芯片要求。因为每个人都知道存储容量越大越好。汽车的内存可以直接换成类似手机的大容量芯片吗？而且，升级手机内存的技术已经非常成熟，所以车内用于域控制的存储芯片仍然相对较小。你能一步到位地更换吗？答案是，尽管它们都是存储芯片，但确实无法直接替换。智能座舱芯片和普通消费级存储芯片之间的区别甚至没有一点点。让我们详细谈谈。2.2.1安全性和可靠性要求：让我们先来看一个案例。特斯拉因内存问题召回了约13.5万辆汽车，其中包括2012年至2018年生产的Model S和2016年至2018年间生产的Model X。特斯拉表示，当8GB eMMC存储器达到使用寿命时，相应的控制器会出现故障，导致屏幕上的后视镜、除霜设置、转向信号调节等功能失效。这个问题通常在使用五到六年后开始出现，而特斯拉目前的解决方案是免费更换64GB的eMMC内存。用于智能座舱域控制的存储芯片必须满足车辆规范的要求。由于汽车是一种耐用的消费品，与消费电子产品市场不同，它们需要很长的供应周期。由于供应链的严格标准，以及车载存储本身的设计和生产，它将面临重大挑战。汽车级芯片的设计很长，域控制存储芯片存储重要的车身控制信息。特斯拉就是一个例子，因此有必要对重要信息存储的应用保障有非常高的安全标准。首先要确保的是高温操作条件。普通消费电子产品在-10℃-50℃的温度下可以正常工作。由于汽车行驶时外部环境的温度变化很大，如后视镜区域，长时间暴露后太阳的温度可以达到90-100℃左右，这对存储器的宽温度控制性能有很高的要求。不同地点的存储要求略有不同。对于不涉及安全应用程序等数据的纯娱乐产品，要求为-40至85摄氏度。对于智能座舱域控制存储芯片，这至少应该满足-40至105摄氏度的温度设计，以确保稳定……

在极低和高温环境中的宽温度范围内的存储性能，故障率为0。信号可靠性和完整性要求：在许多驾驶环境中，可能会频繁出现电磁波等环境干扰，这会对数据的可靠性产生重大影响。因此，在设计中要做大量的工作来提高存储器的抗干扰性能。此外，与消费类产品相比，在响应速度、抗振性、可靠性、纠错机制、调试机制、可追溯性和数据存储的高稳定性方面，车载存储器在整车安全性方面也提高了许多数量级。并不是所有的牛奶都被称为Trenzo，也不是所有的存储芯片都是汽车级存储芯片。该芯片从设计到整车测试验证一般需要至少4-5年的时间，真正实现量产。它经过长期验证，无法轻易用存储芯片取代。智能座舱域控制存储容量要求：车辆硬件主要由原始光敏或响应部件组成，用于接收DMS摄像头输入的驾驶员面部或手部信息和OMS输入的乘客信息。同时，它接收车内乘客输入的相关语音信息，以及车载音频和显示器等硬件单元。

可以看出，智能座舱域控制的计算能力和存储量非常大，需要处理的任务很多，包括人机交互语音、人脸、手势等各种信息的处理，还有中控导航、液晶仪表盘、HUD等显示信息的输出。它还兼容第三方软件应用程序，包括天气和地图，以及系统软件的存储、车辆权限的管理、车辆OTA升级的处理等。对于存储芯片的要求，前面已经提到了对大空间的需求，此外还有其他性能要求。2.2.2读取速度要快。无论是在技术还是容量上，车载导航基本上都复制了手机的发展趋势。最初，用于汽车导航的地图是使用外部SD存储卡存储的。更新地图时，只需拿出SD卡去4S店更新最新的地图，就有年费。如今，手机的接口已经从eMMC变为UFS，智能座舱存储芯片的接口也从eMMC变成了UFS。让我们来看看为什么会有这样的趋势。2.2.3灵活配置SLC存储要求。在5G移动网络中，智能汽车中还有一个主要的内存消费者，那就是事件记录设备。以前，汽车只能配备行车记录仪来记录简单的交通取证视频。很多时候，TF卡被插入，数据被存储在上面。不同质量的TF卡具有不同的擦除速度，并且经常振动，导致接触不良和卡损坏。长时间擦除后，写卡的速度会显著下降，通常需要在六个月左右更换一张卡，否则会损坏。上图显示了在1200次擦除之后的数据已经与初始数据进行了比较。擦除寿命降低了30%，错误率提高了50倍，写卡速度也降低了90%，基本处于报废的边缘。众所周知，如果驾驶数据记录仪中存储的内容基本上是一周左右，因为那张存储卡的刷卡和写入都是覆盖的，比如16GB的TF卡。在视频存储满16GB之后，之前的内容逐渐被覆盖。因此，如果你有一天想看一个月的视频数据，对不起，这已经涵盖了。为了改善用户在配置自己的卡时由于频繁接触不良而不得不在大约一年后更换TF卡的尴尬体验，许多汽车制造商逐渐开始使用内置UFS存储器进行数据存储。首先，有必要建立一个概念，即EMMC是由NAND FLASH组成的，因此NAND FLASH的SLC、MLC和TLC也存在于EMMC中，并且可能存在擦除寿命问题。SLC可以擦除的正常寿命为60000次，但缺点是存储容量低，高容量非常昂贵。目前的高容量EMMC芯片主要采用MLC格式。以1080P录制高清视频为例，1080P60视频一秒钟的数据大小为2200 X 1125 X 60=148.5M。视频格式……

s RGB888传输格式，来自相机的信号基本上是YUV4:2:2。此时，1s的数据量为100M，一分钟的视频容量大多为100MB*60S=6GB的数据。录制一小时视频的原始数据为360GB。此时记录到EMMC的数据是视频压缩数据，通常为H.264格式，压缩比为60:1。此时，一小时的存储空间也是6GB。如果此时将32GB的容量分配给行车记录仪进行录制，相当于录制了大约5个小时的视频，这需要强制覆盖。每天24小时，即可覆盖约4次，寿命可按3000次书写，可满足750天的使用寿命。此时，它完全无法满足汽车工厂要求的10年使用寿命。此时，您可以选择将32GB MLC存储空间配置为16GB SLC格式。尽管存储空间减少了一半，仅为16GB，但可支持的擦除数量已增加到60000。此时，计算表明，它可以满足17.86年的循环寿命。由于智能座舱的存储要求不同，需要支持行车记录仪等大数据的读写存储，寿命要求相对较高。因此，有必要支持SLC的灵活配置要求。2.2.4可支持动态磨损平衡技术。由于闪存的可擦除次数有限，当某些数据被频繁修改时，很容易导致相应的块快速耗尽使用寿命，导致整个磁盘无法使用。因此，需要一种技术来均匀地分布这些块的擦除并延长它们的使用寿命。首先，我们来看看几个基本概念：由于闪存无法覆盖写入，因此如果您想修改现有数据，则需要擦除原始数据并写入新数据。经常修改的数据非常热，称为热数据，而写入后很少修改的数据就像进入冷宫，称为冷数据。被擦除次数较少的区块仍然很年轻，具有很强的生命力，因此被称为年轻区块。相对旧块是指被擦除次数较多的块，而剩余的次数不多。闪存很贵，擦除次数又很有限，我们该如何使用它呢？因此，有一种像Wear Leveling这样的技术可以通过磨损平衡来延长闪存的寿命。在没有损耗均衡的情况下，某些块可能会被重复擦除并最终报废，从而缩短闪存的寿命。磨损均衡技术是将擦除操作均匀分布在各个块上，以防止某些块过早耗尽其寿命。磨损均衡技术根据算法分为动态和静态，根据领域分为局部和全局。在汽车领域，动态磨损平衡主要用于动态磨损平衡。当需要重写时，新数据会写入空闲页，而旧数据则标记为无效，等待垃圾收集和擦除。

从上图中可以看出，2nd WRITE覆盖了LBA#6的数据，并写入到新分配的页面，而不是直接修改原始页面。第三次写入也是如此。到第N次写入时，数据已经被重写了N次，但垃圾收集尚未发生，因此存在许多无效页。比较上图中垃圾收集的左右图像，可以看出垃圾收集已经擦除了Invalids的所有页面，数据LBA#6也被移动到了一个新的块。这是因为，正如开头提到的，闪存擦除的最小单位是一个块，所以当块中有用户数据时，需要迁移它。缺点：动态磨损平衡的一个明显缺点是，当一段数据是冷的并且长时间没有修改时，它占用的块擦除非常少，但不能用于磨损平衡。2.2.5 SMT燃烧数据的稳定性。许多使用EMMC的制造商也有一个非常痛苦的燃烧过程。他们中的一些人发现，在用燃烧器预燃烧后的DIP组装过程中，一些零件没有打开。这非常痛苦，需要半天的故障排除。最后，发现软件丢失了，此时需要重新刻录软件，通常通过USB进行升级。此时，一个设备的燃烧时间至少为15分钟或更长时间。这大大影响了产品的生产效率……

离子线。如果不提前刻录，直接在后端刻录，SMT后将无法进行相应的功能检查。同时，还需要大量的燃烧工装，这将影响整体生产节奏。为什么会出现软件问题？众所周知，TLC、MLC和SLC的区别在于，在TLC工艺中，例如，0-3.3V需要分离8个等级。此时，当SMT 245℃回流焊通过时，液位很容易在内部轻微放电。此时，L5的电压可以被修改为L4或其他等级。然而，SLC只有高水平和低水平之间的差异，这使得它不太可能放电并落入该范围。范围的边界相对较远，因此下降的程序都是MLC过程之上的eMMC，但数据是由放电引起的。因为机器本身没有通电，也没有充电的情况，所以数据位的翻转是从1变为0的错误。目前，西部数据的汽车级芯片支持100%预烧，完全让用户放心使用，不用担心SMT数据丢失的风险，解决了用户的后顾之忧。3.中国西部数据iNAND AT EU312 UFS满足“魅力王子”3.1高容量智能座舱存储。首先，该系列具有不同的容量配置，可以满足智能座舱产品在不同阶段的存储容量要求。

可以看出，存储容量从16GB-256GB系列不等，部分型号仍有传统配置。此时，中央导航系统可以选择32GB的配置。如果已经是高通8155或8295配置，则存储可以选择128GB甚至256GB配置。3.2高可靠性：西部数据除了满足整个智能座舱的容量要求外，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嵌入式闪存驱动器使用64层3D NAND TLC闪存技术，在产品生命周期中超过了2D NAND，以满足不断变化的应用需求和不断增长的容量需求。Western Data的iNAND AT EM132嵌入式闪存驱动器已通过IATF16949认证，符合AEC-Q100标准，并符合ISO26262 NAND闪存安全机制指南。它还包括一系列专门为密集型汽车工作负载设计的汽车功能，包括高级健康监测、热管理、自动和手动读取和刷新、强大的电源管理以及超过JEDEC标准的数据保留高级数据保护和纠错技术。3.3基于优化的3D NAND技术和快速的UFS v2.1接口，EU312 EFD的iNAND提供了出色的读写性能，为大多数数据密集型汽车应用提供了嵌入式存储解决方案。写入速度最高可达550 MB/s，读取速度最高可达800 MB/s，完全满足当前智能座舱的读写速度要求。3.4灵活的汽车专用功能包括高级健康状态监视器、增强的电源故障保护、快速启动、增强的SLC LUN和OEM可配置的引导分区。由于汽车运行环境复杂，中控导航的电源线与车辆电池的12V电源之间可能接触不良。此外，7637-2车辆级实验还将模拟停电50ms以恢复正常电压。正常的中控导航设计会有很大的电容，以确保整个机器在意外停电的情况下能够正常运行，因此每个组件也有必要增强电源保护，确保存储和存储的安全性。如果此时不使用增强型电源保护，则在保存关键数据时存在故障风险。针对广泛的读/写密集型用例进行优化在经常需要读写数据的领域非常有用。例如，前面提到的行车记录仪的图像存储区域不适合于整个区域的动态平衡，并且该特征可以显著提高使用寿命。这些汽车的特殊功能对于智能驾驶舱来说非常重要。选择西部数据存储，放心使用智能座舱存储芯片。Western Data在闪存开发和系统设计方面拥有超过30年的专业经验。在设计、制造、组装、测试、可靠性分析和监控方面完全垂直集成……

闪存芯片，支持整个产品生命周期。在车内存储方面，可以扩展PCN和EOL支持，以及为汽车行业提供专有的生产件批准程序（PPAP）文件。iNAND AT系列专为汽车应用中的高可靠性而设计，在整个制造过程中DPPM非常低。媒体联系人：bella.zhang@np-automotive.cn

标签：特斯拉极氪理想L9世纪发现

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