2021年伊始，美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)要求特斯拉公司召回15.8萬輛Model S和Model X汽車，原因是2018年以前的特斯拉Model S和Model X車款采用的MCUv1單元中，搭載的Nvidia Tegra Arm-based SoC以及8GB容量的eMMC閃存。在車輛每次啟動時，都會使用這8GB存儲容量的一部分，eMMC 的硬件在達到存儲容量極限時會發生故障，導致MCU失效，觸摸屏無法工作。特斯拉也向NHTSA確認，由于內存設備的存儲容量有限，所有設備都將不可避免地出現故障。

要弄明白這起“待召回”事件，我們首先要清楚什么是閃存？

閃存（NAND Flash）是一種非易失性存儲設備，具備寫讀速度快、抗震動以及掉電后數據不會丟失的特點，被廣泛應用于手機、平板、電視、車機中控等智能終端平臺中。

eMMC是一種將控制器捆綁到閃存模塊的標準化方法，產品內部包含了Flash管理技術，包括錯誤探測和糾正，flash平均擦寫，壞塊管理，掉電保護等技術，提供高性能，輕巧，低功耗、高耐用性和成本效益等。

目前車載多媒體系統的內部存儲大多數是采用嵌入式的eMMC存儲。因為閃存本身的物理電氣特性原因，其使用壽命（Terabytes Written，TBW）會受到擦寫次數（PE Cycle)的限制，同時受到讀干擾(Read disturb)、數據保持(Data retention)、工作環境溫度變化等因素的影響。eMMC NAND閃存設備的壽命如超過PE Cycle的次數，車載MCU將由于閃存磨損而失效，系統可能無法使用，導致汽車相關的安全功能失效，隨時是一顆“定時炸彈”。

此次“待召回”事件中的特斯拉Model S和Model X車款采用的8GB eMMC NAND閃存設備，預期使用壽命約為3000次PE Cycle，平均只需5到6年就會達到了極限，而一般車輛的預期使用壽命是要遠大于這個年限。

過去車內存儲容量多在8G或64G，主要用于電子儀表盤、數字圖形等內容的存儲。然而，5G和邊緣計算的到來對汽車存儲的需求越來越大。大量的感知數據、行為數據的分析以及娛樂信息都需要被存儲。同時，數據處理的本地化和連網化也對eMMC存儲提出更高要求。

車規級eMMC使用壽命需要多長

閃存(NAND FLASH)顆粒類型可以分為SLC、MLC、TLC、QLC四種，一般SLC的磨損壽命(PE Cycle)在30000~50000次之間，MLC的磨損壽命(PE Cycle)在2000~3000次之間，TLC的磨損壽命(PE Cycle)在300~1500次之間，QLC的磨損壽命(PE Cycle)則低至300次以內，超過磨損壽命的存儲單元，將會變得不穩定，存儲的數據容易丟失。

磨損壽命，也稱為設備使用壽命，業內以TBW(TerabytesWritten，1TB = 1024GB = 1024*1024MB)表示存儲設備理論最大支持的數據寫入量(理論使用壽命)，以MLC閃存顆粒為例，假設一個MLC物理塊的PE Cycle為3000，那么容量為8G的eMMC，其實際可用容量為7.28GB，其TBW為 7.28*3000 = 21840GB ≈ 21.32T，假設使用壽命為6年，那么每天能支持寫入的數據量為21840GB/(6*365) ≈ 10GB，這是一顆8G eMMC的理論使用壽命。

另外eMMC實際使用壽命會受到內部寫入放大(Write Amplification，WAF)的影響，其實際使用壽命比理論使用壽命要低很多。影響WAF的因素很多，比如上面所說的，讀干擾(Read disturb)、數據保持(Data retention)、極端高低溫工作環境影響，都會引起已存儲數據的穩定性變差，存儲算法識別到后需要在數據變得不可糾錯前進行內部數據搬移重寫。還有靜態磨損均衡(Wear-leveling)處理帶來的額外內部數據搬移，以及垃圾回收(Garbage Collection)處理進行的內部數據歸集，這些都會引起WAF的增加，從而導致eMMC實際使用壽命減少。

eMMC實際使用壽命也會受到終端設備OS每日的數據寫入量級的影響，該影響主要體現在設備的壽命年限上，在同等TBW下，如果OS使用過程中所需存儲的數據量越大，設備的可使用壽命年限越短。

我們通過一款非智能汽車的中控設備（基于Android系統，具備通用的音樂播放、導航等功能），針對其常用的使用場景過程中，OS對eMMC的數據寫入做一下分析。

圖二：開機過程數據寫入分布

圖二為汽車中控設備一次開機過程的數據寫入分布情況，整個開機過程數據寫入量為29.26MB，其中小于16K的寫命令總共1185次(5.72MB)，大于等于16K的寫命令總共320次(23.54MB)。

圖三：導航過程數據寫入分布

圖三為汽車中控設備使用車載導航3H的數據寫入分布情況，整個導航過程數據寫入量為593.95MB，其中小于16K的寫命令總共39578次(172.22MB)，大于等于16K的寫命令總共11667次(421.73MB)。

圖四：播放音樂過程數據寫入分布

圖四為汽車中控設備使用車載音樂播放3H的數據寫入分布情況，整個播放音樂過程數據寫入量為188.58MB，其中小于16K的寫命令總共6402次(30.48MB)，大于等于16K的寫命令總共2916次(158.10MB)。

這是常規汽車中控平臺在一次啟動汽車并開車導航+播放音樂3個小時的應用場景，我們監控到OS總共需要寫入eMMC的數據量為811.79MB。在自動駕駛汽車的中控平臺上，OS除了需要照顧常用的行車使用場景，同時還需要不斷記錄汽車的各個傳感器、行車影像等數據，往eMMC中記錄數據的量級將會大幅增加，如果選用的eMMC容量太小，那么eMMC的使用壽命將無法與汽車的壽命相匹配。

目前市面上常用的存儲設備種類眾多，不管是eMMC、UFS或者SSD，其核心都是使用閃存作為存儲介質，應用在各種不同類型的終端設備中，所以UFS或者SSD也并非能夠作為eMMC的替代方案，來解決存儲設備壽命有限的問題。

隨著車內交互功能越來越多，承載的功能越來越復雜，交互程度越來越高等因素，數據寫入量越來越大，選用大容量的車規級eMMC，來擴大存儲設備容量，延長使用壽命，可能是當前汽車廠商緩解問題的主要方法。

車規級eMMC存儲，如何為安全保駕護航

汽車電子不同于消費電子，要承受更為嚴酷的操作環境，例如極端的低溫和高溫，持續的振動，強烈的沖擊等更多其他因素。出于對汽車安全性的考慮，所有車載產品都需要獲得車規級認證。軟硬件設計也需充分考慮到汽車存儲的需求，適應于未來汽車應用的發展。

車規級的產品有著比傳統工業級產品更高的標準，對于NAND Flash閃存顆粒有著更為嚴格的挑選和測試標準，品質要求更高。即使在極高和極低的溫度下，系統性能也很穩定，確保汽車系統的可靠。

圖五：主控芯片關鍵功能模塊結構圖

從存儲控制芯片的性能來看，車規級eMMC控制芯片需要提供低壓保護（Low Power Control），確保電壓波動不會對eMMC存儲數據穩定性、一致性造成影響。強大的LDPC糾錯能力有助于eMMC在不同極端工作溫度環境下都能確保數據正確性，同時能有效的延長閃存的最大磨損壽命。

在車規級控制芯片的FW固件設計上，也需要從多個方面來確保eMMC數據穩定性以及提升eMMC使用壽命。

圖六:算法固件示意圖

Read disturb處理，通過建立全盤Block讀監控機制，及時對可能出現讀干擾的塊進行監控，對已受干擾的塊進行數據重寫，在確保數據穩定性的同時，減少內部數據重寫頻度，減少WAF，最大限度的降低對eMMC使用壽命的影響。

圖七：閃存基本單元浮柵晶體管的截面圖

針對閃存中長時間沒有被訪問的有效靜態數據塊，通過定時監控算法，一旦發現數據穩定性出現變化，及時對該數據塊的全部數據進行重寫，確保數據的穩定性。

圖八：磨損差值與TBW的關系

在靜態磨損均衡處理算法設計上，重點考慮閃存模塊的磨損均衡與靜態磨損均衡處理所帶來的寫放大這兩者之間的平衡，即允許閃存數據塊之間存在一定的磨損差值，以求減少靜態磨損均衡處理的頻率，從而減少內部數據搬移對寫放大的影響。

第三代LDPC糾錯算法，對比BCH 72Bit，糾錯能力有超過60%的提升，結合高速Read retry算法設計，在有效延長閃存磨損壽命的同時，也保證Read CMD的及時響應，確保eMMC在極端溫工作環境下的數據正確性。

總之，通過對車規級eMMC存儲控制芯片的優化，不斷提高車規級eMMC產品的性能和高可靠性，提升對數據收集、傳輸和處理的高效率能力，保障eMMC使用壽命最大化。

優質的NAND Flash閃存顆粒和存儲主控決定著eMMC的品質，成熟嚴苛的生產驗證規范是eMMC質量的保證。從車規級eMMC的生產和驗證要求來看，通過對產品高低溫測試和可靠性的驗證，模擬高振動沖擊、惡劣環境、長周期、連續工作等條件，確保產品的高可靠性和穩定性；按照符合零失效（Zero Defect）的供應鏈品質管理標準 ISO/TS 16949 規范進行生產管理，減少在汽車零部件供應鏈中容易產生的質量波動；針對車規級eMMC的高可靠性要求，按照AEC-Q100的汽車認證標準，對每一款產品都進行嚴苛測試。

此外，從供應鏈來看，車規級eMMC需要3至10年的長期穩定供貨，質保3年。當前汽車芯片缺貨在汽車行業愈演愈烈，危機讓汽車廠商更加重視汽車芯片的供應鏈，也讓業界意識到擁有自主和可控的供應鏈是非常有必要的。

結語

綜合來看，車規級eMMC供應商的全棧式解決方案的能力將至關重要。芯片廠商不僅要和閃存原廠建立有穩定且長期的合作，自主擁有eMMC存儲控制技術，還要獲得供應鏈多項體系和規范標準認證。從存儲介質顆粒篩選，到存儲控制器及固件的開發，模組設計、封裝、生產、測試和售后服務各個環節，都要嚴苛把關，滿足車規級eMMC領域的技術以及規范標準要求。

目前，國內僅有少數廠商在該領域有多年的經驗積累，擁有車規級eMMC In-house主控芯片的研發能力，可以提供車規級eMMC的一站式存儲解決方案及服務。

隨著我國新能源汽車快速發展，5G、車聯網、AI等新興技術加速與汽車產業融合，車聯網、智能駕駛、ADAS、邊緣計算等成為汽車電子重要的組成，由此也帶動汽車半導體用量的大幅上升。可以說，巨大的汽車半導體市場機遇，國產汽車存儲芯片廠商不容錯過。

原文標題：15.8萬輛特斯拉待召回，如何解決汽車存儲痛點

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責任編輯：haq