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I 智能座艙的存儲越來越重要，容量越大越大
我們都知道，中國新能源汽車逐步在邁向正軌，越來越多的用戶選擇具有更多智能化的新能源汽車，從最近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，到最近的幾年火的發紫的軟件定義汽車。
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汽車硬件通用化之后，汽車軟件的研發環境也變得更加容易，包括操作系統搭建、應用生態構建在內的軟件應用場景，就有了施展的空間。如同PC和智能手機一樣，汽車的異化主要體現軟件上，即軟件定義汽車，中國新能源汽車往智能汽車方向進化后，正在復制當年智能手機在中國制造業快速復制的道路。
最近幾年智能座艙發展越來越快，整個智能座艙已經是整個主機廠的“內卷之王”的必爭場地，它可以滿足用戶的多重需求，用戶對于車輛希望越來越像手機那樣智能化，除了駕駛的舒適性外，更多的個性化設置，人機交互，都能讓用戶體驗到這個車的情感需求。
而且現在主機廠競爭愈發同質化，需要形成產品差異化，而智能座艙恰好是一個突破口，互聯網企業在移動終端市場飽和的情況下，英雄所見略同的認為汽車將是 繼PC、手機、平板電腦之后的另外一個智能終端載體，而智能座艙就是這個載體最重要的承載物。
我們來回顧一下，手機存儲容量的趨勢變化。
在智能機興起之前，基本上就是諾基亞的功能機的天下，比如我們看看2009年諾基亞的神機5230，存儲容量就是256MB，這個容量沒有辦法存儲一部現在的高清視頻，當時還是塞班系統，基本上沒有應用APP的功能，就一些簡單的聽歌、打電話、簡單游戲等功能。
后面逐步發展到了2010年左右的智能手機，最開始出來的時候，蘋果4的手機存儲是16GB-32GB，那個時候可以進行一些簡單的視頻通訊，簡單的游戲，沒有辦法本地存儲高清地圖，都是在線緩沖。
想想現在誰買一個新手機還不得64G容量以上，如果你是32G的iPhone7 每天刪圖片和緩存都累死了，隨便一個APP應用就幾百MB了，微信聊天記錄就占用10個G存儲。
到最近發布的手機，手機存儲沒有一個 256G都不好說自己是最新款的手機，因為手機存儲的照片越來越高清，視頻存儲內容也大，而且絕大部分人的手機的APP數量已經超過100個了，所以手機存儲容量會越大越大。
再來看看汽車智能座艙的發展歷程（及存儲要求）：
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1）上世紀 90 年代，機械化階段：包括機械式儀表盤及車載收音機、對講機等設備，密集的 物理按鍵操作，僅提供車速、發動機轉速、水溫、油量等基本信息。
此時的存儲還是以NOR FLASH為主，類似于手機的諾基亞時代，只需要存儲簡單的行駛里程，收音設置等信息，存儲需求都不會大于100MB。
2）2000-2015 年，電子化階段：電子技術進入座艙，座艙內配備小尺寸中控液晶顯示屏、 車載導航、藍牙、媒體播放設備等較為簡易的電子設備。
這個時候的存儲需求逐步變大了，有操作系統了，需要存儲空間來放置操作系統，同時有一些地圖數據需要內置在存儲里面，而不是像以前通過TF卡來更新地圖，因為可以聯網實時更新地圖了。
特斯拉在這個階段甚至把網頁瀏覽器也放到了中央顯示屏里。這個時候車里面人機交互不多，而且沒有那么多APP應用上車，所以此時的存儲容量基本上是16GB左右。
3）2015 年起，智能化時代迎面而來：座艙智能化的開啟以大尺寸中控屏的出現為標志，消費電子技術進入汽車領域，液晶儀表、中控屏、抬頭顯示系統、視覺感知、語音交互等通過 域控制器實現集成并裝配在座艙內，能根據駕駛員、乘客的偏好、習慣和需求，提供更加舒適、智能的駕乘體驗。
此時就來到了類似手機智能化“堆料”時代，產業界一般形容智能汽車就是帶四個輪子的智能手機，其主要的原因就是，汽車硬件標準化之后，會出現類似當年蘋果iPhone智能手機引領產業鏈風向一樣，硬件結構設計基本固定成前后蓋夾住主板電池的直板設計后，能夠顯示產品差異化的，只有系統軟件、電子元器件配置、以及新材料材質應用等方面，智能手機的差異化被行業統稱為“堆料”行為。
我們先來看看常見液晶儀表對于eMMC容量的要求的訴求，下圖是使用一個i.MX6DL平臺的12.3寸全液晶儀表的項目，此時可以看到這個項目對于eMMC的容量訴求比較小，只需要533MB，最大的資源就是UI圖片資源，因為好多汽車都需要有多套UI界面的需求，比如在汽車切換為運動模式的時候，此時的UI界面就比較炫麗，而切換到經濟模式，此時就比較平和的UI，這樣更能給用戶更好的體驗，所以儀表的存儲大小主要是圖片UI資源占用比較大。
上圖可以看到eMMC容量需求是533MB，實際4G eMMC都綽綽有余了，為什么很多主機廠都選用8G 的eMMC，主要是現在小容量4G的eMMC基本上快淘汰了，只剩下鎂光和閃迪有車規級的小容量eMMC芯片，而且價格也同8G eMMC相同，交期還沒有8G eMMC好，有93%的設計余量，容量浪費就浪費唄，反正價格和交期在那里。
我們在來看看中控導航主機對于eMMC的容量需求，在比較傳統的不帶在線地圖的導航主機，可以使用8G eMMC就夠了，主要是離線地圖占用的最大空間。
從數據來看最大的部分是離線地圖，如果是高清地圖數據這部分接近10個G，如果安裝一些應用，比如喜馬拉雅、蜻蜓FM等等，這部分還需要預留給客戶下載數據的空間，否則用戶按照了這個應用也無法本地下載緩存，只能在線收聽，這個是很不好的體驗，所以正常情況下的中控導航主機的eMMC的容量普遍是32G。
逐步開始內卷“域控制器”
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原來的座艙里面的控制器基本上是分開的，導航主機是一家，液晶儀表是一家，同時還有一個AVM全景一家，還有TBOX等，這里線束連接就非常復雜，而且不同供應商直接的協調調試也非常復雜。
上圖是IMX6 的多芯片方案，液晶儀表、中控導航、后排娛樂都使用了IMX6最小系統，這樣上圖黃色框里面的內容就資源重復了，但是如果只用一顆IMX6又不能帶動三個顯示屏，所以利用率不高。
而且現在使用域控制器變更走線簡單，而且可以集中資源進行開發，一個域控制可以替代很多不同的設備。
而這個過程中，最內卷的莫過于域控制器，這個時候的智能座艙的“堆料”更多的是域控制器的開始大批量使用，一芯拖多屏，一個主芯片帶動不同的設備，現在最火的高通8155，可以帶動中控導航、液晶儀表、HUD、行車記錄儀、TBOX、后排頭枕顯示等等。這個時候的存儲容量需求就會變得尤為重要，需要把滿足原來各個部件存儲容量的需求，而且還加入了很多人機交互的需求，對于容量需求變的更大。
上圖是理想L9的智能座艙，官方宣傳的是：理想L9標配兩顆高通驍龍8155芯片，同時具備24GB內存和256GB高速存儲能力，共同組成強勁的計算平臺。
極氪001搭載的基于8155計算平臺升級而來的新一代極氪智能座艙，采用7納米制程8核CPU、16G內存和128G存儲空間。
小鵬P7搭載的是高通曉龍820A，上一代的域控制器芯片，存儲是8+128GB的存儲容量，這個容量主要是為了讓用戶可以搭載更多的APP，而且支持小程序擴展，實用性和娛樂性都很強。
汽車裝置了完善的視覺傳感器配置，包括各種RGB圖像數據、環視光線追蹤數據、景深深度信息數據等，具有天然的ARVRMR影像生成與制作優勢，一旦其視覺處理能力開發出來，配合智能汽車的高清顯示屏幕裝置和AR-HUD虛擬顯示裝置，最可玩的智能終端。不管是端還是云，海量的存儲空間都是必需的。
可以看到這個階段的存儲容量需求是從64G-512G發展，隨著人機交互，存儲的高清視頻內容要求，以及域控制融合的功能大小不同，存儲的容量是逐步增大的。
總結：
其實所有的信息數據化智能產品都跟生物界的智力程度一樣，決定智能水平的最基本指標就是腦容量大小。以此類比，對于智能產品來講，其智能化的水平也是和芯片的算力大小息息相關。
在這波智能座艙的浪潮中，存儲芯片的容量大小至關重要，最初都是依賴于存儲空間的突破。只有產品的存儲空間足夠的情況下，才能裝載更大的系統軟件和應用軟件，并存儲更多的數據用于生產與服務。
II 智能座艙的存儲芯片的要求
既然大家都知道存儲容量越大越好，車機的內存是不是也可以類似手機這樣，直接更換大容量芯片呢，而且手機內存升級的技術都這么成熟了，那么在車載的域控制的存儲芯片目前都還比較小，能不能自己更換一步到位呢？
老鐵們，這個還真不能直接更換，雖然都是存儲芯片，智能座艙的芯片和普通消費級的存儲芯片區別還真的不是一丁半點，接下來仔細說說。
2.1. 安全可靠性的要求
我們先來看一個案例，特斯拉因內存問題，召回了約 13.5 萬車，其中包括 2012 至 2018 年產的 Model S，以及 2016 至 2018 年產的 Model X，特斯拉表示8GB eMMC 內存達到壽命后，對應的控制器會失靈，從而導致屏幕上的后視、除霜設定、調整轉向燈等功能都無法正常工作。這一問題一般會在用車五到六年后開始出現，特斯拉現在給出的辦法是免費更換 64GB 的 eMMC內存。
智能座艙域控制的存儲芯片必須要達到車規級要求
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由于汽車是一個耐用型消費產品，所以同消費電子市場不同，需要有非常久的供貨周期，由于供應鏈的標準非常嚴格，而且車載存儲本身在設計和生產上都會面臨比較大的挑戰。
汽車車規級芯片的設計非常長，而且域控制的存儲芯片，存儲非常重要的一些車身控制信息，上面那個特斯拉就是一個例子，所以需要對于重要信息存儲的應用保障，需要有非常高的安全標準。
首先要保障的就是高溫度的運行條件，普通消費電子產品就是在-10℃-50℃能夠正常工作就行，由于汽車行駛的外部環境溫度變化非常大，比如像后視鏡那個區域，太陽長時間照射后的溫度可以達到90-100度左右，這對存儲器的寬溫控制性能有很高的要求。不同位置的存儲要求還稍微有一些區別，如果是單純的娛樂產品，不涉及到安全應用等數據，要求-40到85攝氏度，如果是智能座艙的域控制存儲芯片，這個至少要滿足-40度到105度的溫度設計，以保證在極低溫環境和高溫環境下的寬溫范圍內存儲性能都可穩定發揮，故障率為0。
信號的可靠性及完整性要求：
在很多駕駛環境下會經常有電磁波等環境干擾，這對數據的可靠性也會產生不小的影響，所以在設計上也會針對存儲器的抗干擾性能做很多工作。除此之外，在關乎整車行駛安全性的部分，車載存儲器在響應速度、抗振動、可靠性、糾錯機制、Debug機制、可回溯性以及數據存儲的高度穩定性等方面，相比消費類產品來說也都提高了很多個量級。
不是所有的牛奶都叫特侖蘇，不是所有的存儲芯片都是車規級存儲芯片。芯片從設計到車上測試驗證、真正實現量產一般需要至少4~5年，是經過長時間的驗證，不能輕易更換存儲芯片。
智能座艙域控制對于存儲容量的要求：
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上圖是一個智能座艙域控制器的框架圖。
車機硬件主要是原始感光或應聲部件，用于接收DMS攝像頭輸入的駕駛員面部或手部信息及OMS輸入的乘員信息。同時，接收車內乘員輸入的相關語音信息，車載音響、顯示等硬件單元。
可以看到，智能座艙域控制的算力和存儲都非常龐大，要處理非常多的事項，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、HUD等顯示信息的輸出，還要兼容第三方軟件APP的應用，包括天氣、地圖，還有系統軟件的存儲，車機權限的管理、車機OTA升級的處理等等，對于存儲芯片的要求，前面已經提到了空間要大的訴求，除此之外還有一些其他性能的要求。
2.2.?讀取速度要快
無論是技術還是容量，車載導航基本上都是復制著手機的發展趨勢，最開始車載導航的地圖都是使用外接的SD存儲卡進行存儲，要更新地圖的時候，直接把SD卡取出來去4S店進行更新最新地圖就行，而且每年都要付費。
現在手機的接口都從eMMC到UFS接口了，智能座艙存儲芯片的接口也會從eMMC接口變更到UFS接口了，我們再來看看為什么有這樣的趨勢。
上圖就是UFS接口和eMMC接口的區別，內核都是NAND flash，在控制接口不同協議，通訊的速度eMMC 最大速度是400MB/s，而UFS 接口通訊最大速度是1160MB/s。
速度越快的優勢也就越大，想想液晶儀表需要在開機的時候最快能夠輸出界面給用戶，目前賽普拉斯的平臺可以做到開機時間為0.7S，中控導航在用戶點火倒車后需要在1.5S之內給用戶輸出倒車的圖像，這個時候除了軟件策略優化外，最最重要的就是軟件的讀取速度要快。
可以看到，UF2.1在850MB/s通訊速度下，比QSPI NOR FLASH的速度54MB/s要快10倍以上，此時啟動64MB 的boot區域的數據只需要115ms，也就是0.1S，而使用NOR FLASH 需要1185ms，需要1.1S的時間，這個體驗是極致的提升，這個僅僅是在開機速度，而且在文件或者音視頻存儲的時候也能更用戶非常好的體驗，比如你錄制的一個比較大的視頻，如果半天轉圈不能存儲下來，這個是非常影響用戶體驗的。
可以看到在數據存儲的接口方面，車載通訊的接口朝著速度更快的接口協議進行發展，目前主流的車載存儲采用的是eMMC5.1和UFS2.1的接口協議。
目前在汽車前裝市場領域，應用最大的是e.MMC，主要應用在TBox網端和ADAS上，有些中低端車載娛樂系統也會使用8-32GB的e.MMC。
所以要滿足讀寫速度快的訴求，座艙領域的存儲至少要滿足UFS2.1。
2.3.?可靈活配置SLC存儲的需求
在5G移動網絡下，智能汽車還有一個內存消耗大戶，就是事件記錄裝置。以前的汽車最多配一個行車記錄儀，記錄一些簡單的交通取證視頻，以前很多時候都是插入TF卡，把數據存儲在TF卡里面。
不同質量的TF卡的擦寫速度不同，而且經常振動，導致這個接觸不良，就會存在卡損壞，擦寫久了以后，寫卡的速度會下降的非常厲害，經常是半年左右就要更換一張卡，否則就損壞了。上圖可以看到1200次擦除后的數據同最開始做對比，擦寫壽命降低了30%，錯誤率增加了50倍，寫卡速度也降低了90%，基本上就是處于報廢邊緣了。
大家都知道，如果開車行車記錄儀中存儲的內容基本上是一周左右，因為那個存儲卡的刷寫都是覆蓋方式，比如一個16G的TF卡，視頻存儲滿了16G后才逐漸把前面的內容進行覆蓋，所以如果哪天心血來潮要看一個月的視頻數據，對不起，這個已經覆蓋掉了。
為了改善用戶自己配卡，經常接觸不良，一年左右就要更換TF卡的尷尬體驗，很多車廠都已經逐步開始使用內置的UFS的存儲器來進行數據的存儲。
首先還是確定一個概念，EMMC是NAND FLASH構成的，所以NAND FLASH的SLC、MLC、TLC在EMMC中同樣存在，也會存在擦寫壽命的困擾，正常SLC可以擦寫的壽命是60000次，缺點是存儲容量低，大容量的非常貴。現在大容量的EMMC芯片，主要還是MLC格式。
我們以1080P錄制高清視頻為例，
1080P60視頻1秒鐘的數據量大小 = 2200 X 1125 X 60 = 148.5M，視頻的格式是RGB888的傳輸格式，攝像頭過來的信號基本上是YUV4：2：2，此時1S的數據量為100M，錄制一分鐘的視頻容量大小是100MB*60S= 6GB的數據，錄制一個小時視頻的原始數據就是 360GB。
此時錄制到EMMC的數據，是視頻壓縮數據，一般壓縮格式是H.264,此時壓縮的比例為60:1，此時一個小時占據的存儲大小也是6GB。
如果我們此時劃分32GB容量大小給到行車記錄儀進行錄制，此時相當于可以錄制5個小時左右的視頻就需要進行強制覆蓋了。一天24小時，也即是可以進行4次左右的覆蓋，按照3000次額擦寫壽命，也就是可以滿足750天的使用壽命，這個時候完全達不到車廠要求的10年的壽命周期要求。
此時可以這樣選擇，把32GB的MLC存儲空間配置為16GB SLC格式，這個時候雖然存儲空間減少為了一半，只有16GB，但是可以支持的擦寫次數變為60000次了，此時計算出來，可以滿足17.86年的循環使用壽命。
因為智能座艙有不同存儲的要求，需要支持類似行車記錄儀等大數據的讀寫存儲，而且壽命要求比較高，所以需要支持能夠靈活進行SLC的配置要求。
2.4.??可支持動態?動態磨損均衡技術
由于閃存的可擦寫次數是有限的，當某些數據被頻繁修改時容易導致對應的塊很快被耗盡使用壽命，從而導致整塊盤無法使用，所以需要有一種技術來將這些塊的擦寫均攤一下，延長使用壽命。
首先看幾個相關的基本概念：
因為閃存不能覆蓋寫，如果要修改已有的數據需要將原有的數據擦除再寫入新的數據。被頻繁修改的數據很燙，叫做熱數據
而寫入以后就很少修改的數據無人問津就像打入了冷宮一樣，叫做冷數據。
已擦寫次數較少的block，還很年輕，生命力強，所以叫做Young block。相對的 Old block就是已擦寫次數較多的block，剩下的次數不多了。
閃存又貴還擦寫次數那么有限的，這還怎么玩？于是有了Wear Leveling這樣的技術通過磨損均衡來延長閃存的壽命。
在沒有wear leveling的情況下，某些block很可能會被頻繁的反復擦寫，最終報廢，降低了閃存的壽命。Wear Leveling技術就是將擦寫操作均攤到各個block，以防止某些block被提前耗盡使用壽命。
Wear Leveling技術按算法分為動態和靜態，按作為域分為本地和全局：
在車載領域重點使用的是DynamicWearLeveling動態磨損均衡。
當需要覆蓋寫的時候，新的數據寫到free的page上，而舊的數據被標記為invalid，等待垃圾回收擦除。
從上圖中可以看出2nd WRITE去改寫LBA#6的數據，被寫到了新分配的page并不是直接在原page上做修改。3rd WRITE也是同理，到Nth WRITE,數據已經被改寫了N次，但是垃圾回收還沒有發生，所以有很多的Invalid page。
對比上圖垃圾回收的左右兩個圖，可以看到垃圾回收把Invalid的page都擦除了，而且數據LBA#6也被搬移到了新的block。這是因為就像開頭說的，閃存擦除的最小單位是block，所以當block中有用戶數據的時候是需要遷移的。
弊端：動態磨損均衡有一個明顯的弊端是，當一個數據是冷數據，放在那里N久都沒被修改的情況下，他所占用的block擦寫次數很少，但是又不能拿來做磨損均衡。
通過上圖可以看到，紅色部分是系統區域的數據，這里需要注意的一點，系統OS區域的數據是不用來做磨損均衡的，只有用戶使用的區域數據才能用來做動態磨損均衡。
2.4.??SMT燒錄數據的穩定性
很多使用EMMC的廠家，這個燒錄也是非常痛苦的一個過程，有的是前面通過燒錄器提前燒錄好后，過完SMT后，在DIP組裝工序發現部分不開機，這個時候就非常痛苦，需要排查半天的問題。
最終定位到軟件丟失，此時又需要重新燒錄軟件（如果是內置高清地圖10G），經常是通過USB來升級，此時一臺的燒錄時間至少為15分鐘以上。
這個十分影響產線的生產效率，如果不提前燒錄，直接在后端進行燒錄，此時就無法通過SMT后進行對應的功能檢查，同時也需要大量的燒錄工裝，也是否影響整個生產節拍。為什么會發生掉軟件的問題呢？
前面已經知道，TLC、MLC和SLC的差異，TLC制程的，比如在0-3.3V中要分離出8個等級，此時過SMT 245℃的回流焊接的時候，此時電平在里面極容易進行輕微放電，此時就可能把L5的電壓修改到L4或者其他等級。
而SLC，只有高低電平的區別，此時這個反而沒有那么容易放電跌落進去，范圍分界線比較遠，所以看到掉程序的都是MLC 制程以上的eMMC，而是數據都是放電導致，因為機器本身沒有上電，不存在充電的情況，所以數據位的翻轉都是由1修改為0的錯誤。
目前西部數據的車規級級芯片，支持100%的預燒錄，完全讓用戶放心的使用，不用擔心SMT掉數據的風險，解決了用戶的后顧之憂。
III
西部數據?iNAND AT EU312 UFS?滿足智能座艙存儲的“白馬王子”
3.1.?高容量（存儲容量范圍從16G-256GB可選）
首先這個系列是有不同容量配置的，可以滿足智能座艙不同階段產品的存儲容量需求。
可以看到存儲容量從16GB-256GB系列都有，有的車型還是傳統配置，此時中控導航可以選擇32GB的配置，如果已經是高通8155或者8295的配置，此時存儲可以選擇128GB，甚至256GB的配置。
3.2.?高可靠性
除了容量可以滿足整個智能座艙的需求外，在可靠性安全性方面，西部數據也是下足了功夫。
新款 256GB 西部數據 iNAND AT EM132 嵌入式閃存盤采用 64 層 3D NAND TLC 閃存技術，產品生命周期超越了 2D NAND，以滿足不斷變化的應用需求和不斷增長的容量需求。
西部數據 iNAND AT EM132 嵌入式閃存盤通過了 IATF16949 認證，符合 AEC-Q100標準，并遵守 ISO26262 NAND 閃存安全機制指南，還囊括了專為密集型汽車工作負載而設計的豐富汽車功能，包括：先進的運行狀況監控、熱管理、自動和手動讀取刷新、強大的電源管理、數據保存性超過 JEDEC 標準、先進的數據保護和糾錯技術。
3.3. 高速度
基于優化的3D NAND技術和快速的UFS v2.1接口，EU312 EFDs的iNAND提供了卓越的讀寫性能，為大多數數據密集型汽車應用程序提供了嵌入式存儲解決方案。
寫入速度高達 550 MB/s ，讀速高達 800 MB/s，完完全全能夠滿足現在智能座艙的讀寫速度的要求。
3.4.?靈活的汽車特殊功能
包括高級運行狀況狀態監視器、增強的電源故障保護、快速啟動、增強的SLC LUN和OEM可配置的啟動分區。
由于汽車運行在非常復雜的環境，會存在中控導航的供電線和車身的蓄電池12V電源接觸不良的情況下，而且車規級的7637-2的實驗也會這樣的模擬掉電50ms在恢復正常電壓的情況，正常中控導航設計會有大電容來保障這樣的意外掉電時整機能夠正常運行，所以也需要各個零部件能夠有增強的電源保護，保障存儲存儲的安全。
此時如果不使用增強的電源保護，在進行關鍵數據的保存時候，就會有失效的風險。
針對廣泛的讀/寫密集用例進行優化 ，這個在一些數據經常需要讀寫的區域，是非常有用的，比如前面提到的行車記錄儀的圖像保存的區域，不適合做全區域的動態均衡，此時這個功能就能讓壽命提高不少。這幾個汽車的特殊功能對于智能座艙而言，都非常重要。
選擇西部數據存儲，智能座艙存儲芯片放心使用。
西部數據有30多年的閃存開發和系統設計專業經驗。在閃存芯片的設計、制造、裝配、測試、可靠性分析和監控的完全垂直集成，支持整個產品生命周期。
在車載存儲方面，可以擴展PCN和EOL的支持，也支持提供汽車行業專有的 生產部件批準程序(PPAP)文件， iNAND AT 系列專為高可靠性車載應用而設計，整個制造流程中DPPM都非常低。
編輯：黃飛
工商網監
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