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      【原創】四大痛點困擾汽車存儲,西部數據詳解應對之道

      作者:張國斌

      自1885年世界第一輛汽車誕生到現在已經有近140年的歷史,汽車這個人類的好幫手也在發生著巨大的進化--從最初的冷冰冰的機械體變成了有溫度的智慧體,目前,汽車正在向“新四化”--網聯化、智能化、電動化、共享化發展,新四化對汽車存儲提出了更大的需求。據統計,目前網聯車與汽車技術達到了3EB的需求量?。? EB = 1,024 PB = 1,048,576 TB

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      “以前一講汽車就是三大件、四大件,但今天再去和車廠、頭部客戶去聊就會發現,首先在整車里面,汽車電子比重越來越高。其次,汽車電子中原來主芯片份額最高,現在我們發現主芯片與存儲的比重在變化,甚至存儲的份額已經超過了主芯片,西部數據為什么重視汽車行業存儲,因為汽車行業中展現出了存儲的比重越來越高的趨勢?!蔽鞑繑祿局袊鴧^汽車電子事業部銷售總監王劍松表示:“隨著汽車新四化的持續深化發展,數據與車載存儲技術正逐漸成為推動自動駕駛、智能座艙落地與應用不可或缺的一環。西部數據公司能夠提供覆蓋8GB-20TB容量,包括e.MMC、UFS、micro SD、SSD、HDD在內的車規級及企業級存儲產品,以具備高性能、大容量、安全性和可靠性的存儲解決方案支持端-邊-云新型數據架構在汽車領域的應用。未來,西部數據將繼續扎根自主品牌,不斷以創新的產品及解決方案賦能汽車領域的改革與發展,并進一步攜手更多合作伙伴深耕中國市場,加速構建汽車全產業鏈生態圈?!睋榻B,在存儲領域,西部數據處于領導地位,全球大約有40%的數據是存儲在西部數據的各類產品上。至今,西部數據在業界已成為一家從專利到技術研發到工藝,既擁有自主的機械硬盤HDD,又有NAND Flash研發技術的公司。

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      “西部數據在固態NAND Flash技術上和鎧俠有二十多年合作經驗,主要在晶圓的工藝制造方面。我們和鎧俠在過去十年間有高達180億美金的聯合研發投入,這是一個相當龐大數字。在NAND Flash制造工藝迭代上,我們一起經歷了15代工藝迭代。在NAND Flash存儲行業,以2020年3季度數據來看,我們與鎧俠的合資工廠占據了全球34.9%份額?!彼麖娬{,“今年西部數據與合作伙伴鎧俠聯合研發出第六代 162 層 3D 閃存技術。與上一代產品相比,它降低了單位成本,并使每個晶圓的制造位增加了高達 70%。我們還擁有包括能量輔助磁記錄(EAMR)技術、業界領先的三階尋軌定位系統(TSA)以及第六代 HelioSeal 等硬盤技術,并把這些技術應用到了數據中心產品組合中,為用戶和市場提供更高的面密度和更低的總體擁有成本?!?/span>

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      西部數據公司車載存儲產品事業部資深產品市場經理額日特進一步表示隨著汽車智能網聯的不斷推進,汽車的電子電氣架構(E/E)也在隨之變化,從最初的分布式在向域融合和中央控制單元過渡。雖然新的電子電氣架構目前還沒有統一的標準,但是對于存儲產品的要求卻發生了很多變化。數據穩定性和安全性,大數據存儲,性能提升,更加復雜的應用需求,等對車內及邊和云的數據存儲提出了更高的要求。為了實現完全自動駕駛,不僅需要單車智能,車路協同同樣必不可少。端-邊-云數據基礎架構,能夠確保汽車行駛過程中,數據計算的時效性,減少因中心云計算高延遲帶來的潛在的風險。

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      他指出全球知名第三方機構Yole的報告顯示,對于NAND需求量比較巨大的主要還是企業級SSD、消費類SSD。藍色部分的汽車存儲從2021年左右幾乎看不到的比例到2026年有一定的比例,雖然占比依然不大,但是從復合增長率來看,汽車領域比其他領域增長得更快速?!霸?021年,單個手機平均存儲容量可以達到105GB,汽車領域實際僅有34GB。然而到了2026年,單車的存儲容量達到483GB,而手機只有350GB左右。從數據對比上來看,未來汽車領域的存儲會有很大的增長空間,那是什么引領了車載存儲的增長態勢?”他進一步指出,“就是汽車的‘新四化’,在乘聯會定期更新的CASE指數中,由于共享化的數據比較少,只列出網聯化、智能化、電動化的數據。從圖中可以看到,今年7月份,智能化指數達到51.2%,意味著當月新發車型當中,有一半以上的車型包含L1及以上的自動駕駛的功能。同時,網聯化指數達到32%,電動化指數達到14.8%。從比例來看,智能化現在的指數最高,但是依然有很大的增長空間?!?/p>

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      那 “新四化”能給汽車存儲帶來什么改變?“首先看看智能化,目前很多新車當中包含360環視、自動駕駛、車道偏移、跟車等新的ADAS功能,這些ADAS的功能會需要西部數據主流的8GB e.MMC的存儲支持。另外,在上?;蛘咴诒本┑纫恍┐蟪鞘锌梢钥吹阶詣玉{駛出租車,自動駕駛出租車單車容量可以達到4TB,和目前平均容量來比有較大的增幅。要注意這些存儲產品在汽車內的應用是之前沒有的,這個也是智能化給汽車領域帶來新的改變?!彼赋?,“再來看一下網聯化和電動化,這也是相輔相成的過程。我們Tbox的前裝率之前不是很高,基于電動化以后,電動車Tbox必須強制安裝,所以電動化的普及使Tbox在汽車領域前裝率得到較高增強。Tbox目前會采用8GB e.MMC,電動化和網聯化還催生了IVI,就是娛樂導航系統。娛樂導航系統本身在汽車領域是100%前裝率,由于功能單一,對于存儲需求并沒有很高,主要集中在32G以下。隨著電動化、網聯化,大家對乘駕體驗要求越來越高,也從IVI升級到智能座艙,智能座艙對于內存的需求也從32G以下變成了64G以上。所以可以看到,整個新四化對于車載存儲需求,不論在數量上還是在容量上都有一個較大的促進作用?!?/span>

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      可以說新四化是促進汽車行業以機械系統為主,向數據驅動創新的轉變。

      01/NAND Flash在汽車存儲領域四大痛點

      自動駕駛對于車路協同感知系統的要求在不斷提升,之前汽車相當于孤立地行駛在路上,汽車慢慢把車內生成數據轉到云端,這是最早車到云傳輸路徑。因為自動駕駛對數據計算低延時的要求,即便是中心有算力,但因為遠離數據端,所以沒有辦法滿足對低延時要求,于是最新數據架構就要求一個中心源下沉到數據源一側,就是路端。最新的“端-邊-云”數據架構能夠確保自動駕駛汽車可以及時有效地與路上的信息源交流,確保自動駕駛汽車在路上行駛的安全性。

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      ?????? 額日特表示“新四化”把汽車帶到新高度,隨著NAND Flash在汽車領域運用得更加廣泛,也產生了很多問題。簡單總結客戶在平時使用過程中會遇到四大痛點:
      第一,耐久性。NAND Flash是有擦寫壽命限制的。舉一個比較極端的例子,汽車領域對于車輛的要求一般在八年或者十年,因此在最初項目立項的時候,根據工作負載,選擇一塊8GB容量的存儲,十年的總寫入量可以支持20TB。那么問題來了,現在有很多新的應用不斷出現和更新,隨著使用年限的增加,工作負載可能比之前預期要大很多。這就會導致一個問題,原本的應用可以保證安全行駛八年或者十年不出問題,但隨著工作負載增加,NAND Flash車載容量消耗會加快,可能會遇到用到第四年或者第五年機器無法啟動的情況,這就是耐久性痛點。所以我們希望客戶能夠在工作負載計算的時候,能多留一些余量,給未來AI或者新的應用留一些空間。

      第二,性能。由于現在應用越來越多,越來越復雜,對于存儲的要求也是越來越高?,F在的存儲,包括NAND Flash在內,有不同的協議規范,呈現出的產品性能差異也相當大。怎么樣選擇一款合適的而不一定是最快的產品,這個也是放在客戶立項時比較頭痛的問題。

      第三,分區。他表示這個概念在使用當中最容易混淆,很多客戶說要做三個分區,一個用來存系統,一個存經常使用的數據,另一個存不經常用的數據。他們經常會問,第二個分區會不會因為經常反復擦寫而被破壞掉。這里我需要糾正下,現在大多數市面上車載應用NAND Flash產品,都是不支持物理分區的,這里客戶所說的分區是指邏輯分區,比如說分成ABC三個區。但是我們反復擦寫的B區數據,實際上在存儲當中是放在全盤做讀寫均衡的。如果客戶看到B盤損壞,就代表整個盤都已經損壞,A盤和C盤也不能幸免。所以我們一定要對物理分區、邏輯分區有概念,確保不會因為頻繁擦寫數據,而損壞整個全盤,導致機器不能正常使用。

      第四,智能座艙和IVI是客戶關心比較多的。因為現在高精地圖普及率越來越高,隨著地圖文件越來越大,如果還是保持之前在線燒錄,會在生產線占用很多空間和時間,很不劃算。有一條更節省成本的路,就是現在所說的預燒錄。預燒錄有很多不同的產品,目前市面上主流是25%容量的預燒錄,也有100%容量預燒錄,然而對于100%容量預燒錄產品,其實后期回流焊的次數也是有限制的,有時候三次,有時候兩次。

      02/西部數據目前汽車存儲產品概

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      據他介紹,目前西部數據提供的汽車存儲產品有分兩大部分,一部分是e.MMC和UFS,UFS包括UFS2.1、UFS3.1,這三款產品在封裝尺寸上是一樣的,是11.5×13 153ball。但是e.MMC和UFS不是兼容的,UFS2.1和3.1兼容,但需要在電壓方面做兼容設計。目前在汽車前裝市場領域,應用最大的也是e.MMC,主要應用在TBox網端和ADAS上,有些中低端IVI也會使用8-32GB的e.MMC。UFS2.1更多使用在座艙領域,容量從64GB到256GB不等。UFS3.1今年年底會上市一款新的UFS3.1協議的產品,容量可以達到512GB。由此可以看到目前e.MMC和UFS容量基本都是在256GB,UFS3.1能夠有效彌補e.MMC和UFS在高容量存儲方面的劣勢。再看一下SSD,目前在前裝車載領域基本沒有應用SSD,因為目前還沒有特別成熟能夠適合前裝以及封裝的SSD,而且其成本也比較大。目前SSD封裝尺寸比較多,有M.2、U.2,容量的話單盤最高達到15.36TB,但是如果用在前裝車領域,未來還是以512GB或者1TB為主。既然UFS后面容量可以高達512GB,那么在512GB或者1TB節點上,UFS和SSD會有比較正面的沖突,該如何選擇?可以看一下列出來的SSD和e.MMC、UFS最主要的區別就是SR-IOV?!皠偛胖v了,市面上NAND Flash的存儲產品基本上不支持物理分區,而SR-IOV是支持物理分區的功能,后期SSD的物理分區可以從8個分區起。所以在容量點上,UFS和SSD是有得一拼,如果需要SR-IOV的物理分區的功能,想必目前還只有SSD會支持這個功能?!彼赋?,“剛才講了很多前裝領域e.MMC和UFS的應用,那么SSD在整個汽車市場應用情況怎么樣?目前SSD主要應用在商用車的自動駕駛,我們也和業內很多自動駕駛的卡車或出租車公司都有接觸,目前這兩個類型的商用車高階自動駕駛會廣泛使用大容量SSD來做數據存儲,但是兩者也有一定區分。我們了解到,目前在自動駕駛卡車領域,主要的存儲容量需求在1T或者2T以下,而自動駕駛出租車領域的配置是4TB。展望未來,如果商用車在商業化落地以后規模數量上都有較大增長,那么對于SSD在車載領域應用也有巨大的推進作用?!?/p>

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      在自動駕駛出租車或者卡車里,存儲主要有兩個應用區域。第一部分是系統存儲,主要做自動駕駛系統存儲區域,這塊區域容量不會太大,可以用512GB以下存儲產品,SSD、e.MMC、UFS都足夠支持。但是到了更大數據的記錄區,比如記錄我們各個傳感器數據以及黑匣子數據,對于數據存儲需求將是巨大的,如本文開篇所述自動駕駛出租車領域會需要用到4TB UFS、SSD來作為系統存儲盤。

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      額日特指出目前的汽車不單單是行駛在路上,而是需要和云端有數據交互的過程。端-邊-云新型數據架構也催生更多的不同類型存儲產品在汽車領域應用。在車內,西部數據能夠提供從e.MMC、UFS、卡片以及SSD的各種應用,邊緣和云端也是西部數據主要的產品區域,就是企業級的HDD和SSD。西部數據是一家支持自動駕駛端-邊-云新型數據架構的公司,產品容量從8GB到20TB,適用范圍包括車規級、企業級、消費級、工業IoT等等,只要端-邊-云數據架構中需要用到的存儲,目前西部數據的全產品線就可以提供支持。

      03/西部數據的實際案例介紹

      王劍松介紹了西部數據在在智能網聯中的實際應用案例。首先他分享了合作伙伴分享的通信模塊在汽車內的引進的路線圖(如下圖所示)

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      “我們國家可以引領了通信行業的發展,而汽車領域更新得非???,汽車模塊現在已經跟上了5G。西部數據在最近這兩代,尤其4G和5G里面都展開了深入廣泛的合作?!彼赋?,“e.MMC的8GB,甚至16GB和32GB,在最新的5G模塊里面都會用到。根據合作伙伴的理解,在汽車互聯的環境下,他們發現數據的存儲要求有FOTA主節點,即對數據的要求;新能源,政府法規的要求,有些數據必須存儲下來;測試里程數據,就像剛才額日特講到的場景數據,這是為將來自動駕駛AI來服務;車身數據,這個需求一直在;高精地圖,剛剛也額日特講到了;最后系統安全,系統雙備份策略……這些都圍繞怎么把數據存儲在存儲設備里展開?,F在可以看到,每臺車大致存儲需求量是32GB,往后隨著自動駕駛、汽車互聯不斷深入差不多會增加到400GB、500GB。西部數據的e.MMC、UFS甚至SSD都已經在汽車行業中使用了。這里是我們合作伙伴的產品在車廠的應用,可以看到8GB、16GB的iNAND AT EM122,以及車規級8GB的產品,已經在廣泛使用了?!?/span>

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      西部數據合作伙伴慧翰微電子上海分公司總經理王馨瑋表示:“我們很高興能和西部數據這樣的存儲解決方案的領導企業進行深度合作,把最新的NAND Flash技術運用到汽車網聯化的應用中?!蓖瑫r,慧翰微電子總工程師孫禮學也表示:“隨著5G和自動駕駛技術的成熟,汽車互聯日漸成為新車型的標準配置。TBOX作為汽車與外界的通訊樞紐,其需求量已呈現出爆發式的增長。汽車互聯對于存儲的容量需求也越來越大,要求也越來越高。以OTA為例,很多車廠,尤其是新能源汽車,對OTA的功能越來越倚重。我們已經看到許多客戶為了提高整車智能系統的迭代效率提出了32GB甚至更高的存儲要求?!?/p>

      而吉利汽車采購總監張繼奎則表示:“得益于和西部數據的合作,我們的E01娛樂導航系統成為業界最快使用3D NAND e.MMC技術的產品,我們的下一代智能座艙系統更需要像西部數據這樣的公司提供高性價比的存儲產品。隨著汽車互聯和自動駕駛的推廣,我們期待著和西部數據進行更緊密,更深入的合作?!?/p>

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      最后,他強調在西部數據看來,在閃存領域最大的核心競爭力就是垂直整合能力?!叭绻裡.MMC和UFS作為存儲系統來看的話,其中的每一個部件,從最左邊的Flash顆粒到e.MMC、UFS控制器,到控制器與顆粒配合的固件,以及最終在汽車行業里面運用之前必須有嚴格的測試和驗證,整個這一條產業線都是西部數據自主研發、深入耕耘,我們的垂直整合能力在汽車存儲領域是獨特優勢?!彼偨Y道。

      針對大家關注的網聯汽車的數據安全和加密,額日特表示在汽車領域有一個ASIL汽車安全完整性等級,它的認證過程非常嚴苛,是針對整個系統而非其中某個組件進行評估。在整個存儲領域,包括車載存儲,數據加密主要還是依靠上層軟件的支持。西部數據也有一部分名為RPMB,需要通過密鑰來訪問的特定區域,可以存儲密碼等一些數據。但對于全盤加密來說,目前整個行業還沒有統一的標準,如果有客戶感興趣的話,可以與西部數據做深度的探討。(完)

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