洞见

电动出行时代的汽车内存

By 2020年08月13日 九月 11th, 2020 No Comments

汽车革命

随着汽车行业不断向前发展,目前已经超越传统汽车的概念范畴,正在进入一个革命性的时期。未来的出行方式正迅速涌现,随着高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance System, 简称 ADAS)、车载信息娱乐系统(In-Vehicle Infotainment, 简称 IVI)、多摄像头视觉处理(multi-vision processing)和自动驾驶汽车的推出,超大型计算处理已成为必须。

19世纪出现的内燃机与20世纪出现的电气系统相结合,为21世纪汽车技术的发展铺平了道路,而目前,汽车技术正在经历一场大规模的数字化转型。在当前和未来,汽车行业正在经历着一场“CASE革命”,比以往任何时候都更加互联化(Connected)、自动化(Autonomous)、共享化(Shared)和电气化(Electric )。

CASE革命以复杂高效的互联互通能力以及车辆内外部的集成系统为特点。随着汽车电子技术的发展,信息娱乐系统、长寿命电池和超快5G网络将得到广泛采用,而这些趋势都需要使用大容量存储器。因此,全球汽车市场对DRAM和NAND解决方案的需求不断提升。

下一代汽车存储器

电动汽车(Electronic Vehicle)和混合动力汽车的兴起,伴随着ADAS、图形仪表盘(Graphic Instrument Cluster, 简称 GIC)、信息娱乐系统和全自动驾驶解决方案的出现,产生了对电子控制单元(Electronic Control Unit,简称 ECU)的需求。汽车计算机控制器借助ECU来接收和处理来自传感器的信号,并将控制命令输出到执行器,从而得以执行。

在传统的汽车电气/电子(Electrical/Electronic)模块化架构中,汽车的每项功能都拥有一个独立的分布式ECU。 但是,现代汽车往往包含众多电气化功能,ECU的数量也急剧增加,从中低端汽车的30个左右,增加到高端汽车的100个左右。 因此,为了降低成本,并提升动力系统、ADAS、车身和IVI四个核心领域的功效,汽车行业已引入集成式ECU控制器,例如车辆集成平台和功能集中化技术等。

图1. 分布式ECU、集成式ECU和DCU示意图

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随着自动驾驶技术的发展和IVI内容的多样化,复杂的交叉功能和互联网络同时出现,导致正在处理的数据量也大幅增加。将多个ECU整合至域控制单元(DCU)可降低成本、重量和功耗。DCU是高度集成的域控制单元,可实现诸如多传感器融合和3D定位等高级功能。例如,用于4〜5级自动驾驶技术的视觉处理软件可以支持多达12个摄像头,分辨率高达800万像素,60帧/秒的刷新率和16位深度,使数据流速率达到近10 GB/s。

图2. 现代汽车的存储功能1

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汽车用LPDDR4和LPDDR5最初是为移动应用程序设计的,如今为了满足比移动应用程序要求更高的汽车级认证需求,它们的功能正得到加强。LPDDR5特别适用于最新型车辆使用的更大显示器,能够管理日益复杂的导航图像和驾驶舱单元的控制区域。此外,从传统的IVI派生而来、利用车内摄像头的数字集群、前后传感器以及驾驶员监控系统,都需要使用LPDDR5 DRAM的高端功能。

但是,计算和通信性能的提升也意味着电力需求的增加——至少高达4kW。随着内燃机(Internal combustion engines, 简称ICE)二氧化碳排放法规和纯电动汽车(Battery Electric Vehicles, 简称 BEV)里程要求的日益严格,车辆的整体功耗受到限制,未来的E/E架构和汽车内存必须变得更加节能。下一代汽车内存需要在带宽、时延、功率和容量上不断突破极限。

大容量NAND闪存模块在许多汽车应用和系统中也发挥着重要的作用。 在发生事故时,实时捕获某些传感器的数据并将其永久存储在内存中至关重要。同样,ADAS应提醒驾驶员注意汽车与其他障碍物距离过近等潜在危险。自适应功能可以自动打开大灯,调节行驶速度,启动紧急制动,提醒驾驶员注意周围车辆,保持车辆在车道上正常行驶等,甚至能够监控驾驶员的“盲点”。 此外,信息娱乐系统的设置必须能够瞬时保存,以防因为断电导致信息丢失。GIC和信息娱乐系统均使用高质量的图形,因此需要大量的覆盖数据。所有这些功能都使用非易失性内存。

图3. 每种应用的NAND闪存的密度和存储类型

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【在中国电动汽车和自动驾驶的发展趋势】

统计显示,中国汽车销量(约30%)和电动汽车产销量(约52%)均达到了全球第一。相当于全世界每卖出三辆车,其中一辆车就是中国人买的。由于政府政策主导,不仅是电动汽车行业,自动驾驶(Automotive Industry)行业也在快速发展。2
中国从2019年开始对OEM(Original Equipment Manufacturer)实施‘电动汽车Credit义务制’(2020年达到55%),从2016 年至今,积极投资EV事业者的充电基础设施,并在主要高速公路半径1公里范围内安装快速充电站,主要OEM企业BYD和BAIC(北京汽车集团)也参与其中,分别设置了 128和746 个充电站,并且建立了中国自己的快速充电的标准。

电动汽车充电站

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除了电动汽车市场,中国的自动驾驶汽车市场也拥有良好的发展势态,中国在无人驾驶汽车阶段也取得了许多发展。随着后疫情时代的到来,百度的无人驾驶送货车 Apollo( 阿波罗)受到了消费者的好评。

无人驾驶送货车 Apollo( 阿波罗)

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文远知行(WeRide)

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先进的无人驾驶送货车 Apollo( 阿波罗)在放入要配送的物品后, RTK(Real-Time Kinematic, 实时动态定位)和IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量设备)开始传输信息,并通过车上搭载的16个超声波雷达和1个双摄像头、4个广角摄像头来识别道路。

另外,百度、滴滴出行、小马智行、文远知行(WeRide)、AutoX等企业 被选为自动驾驶技术方面最领先的中国企业。 这些企业一直在上海、广州、深圳进行自动驾驶汽车的试运行,特别是文远知行与阿里巴巴的呼叫车辆应用软件高德打车合作, 从6月低开始推出共20辆成为Robotaxi的无人自动驾驶的示范服务。 文远知行的无人出租车被评价为自动驾驶Level 4水平。3

我们期待中国未来能够在电动汽车,无人汽车,自动驾驶汽车等方面取的领先的地位。

【SK海力士在汽车半导体行业的努力】

随着汽车行业从仅添加电气化元件到真正制造自动驾驶汽车的飞速发展,汽车制造商和半导体公司的合作日益密切。为了满足汽车行业的发展需求,汽车内存必须继续保持最高的安全防护性能和卓越的质量。SK海力士始终坚持不懈地追求最佳性能和最高品质,并于2020年在汽车半导体市场取得了重大进展。

为此,SK海力士致力于支持AEC-Q1004 汽车级质量标准,并建立自己的标准流程,覆盖从研发阶段的设计到遵循IATF 169495标准的生产。此外,SK海力士还严格遵循汽车软件性能改进于能力确定(ASPICE6)标准,该标准是衡量流程质量的既定框架。功能安全(ISO 262627标准)是安全关键型应用程序的另一个重要方面。 SK海力士正努力实现上述所有标准,只有这样,我们的产品才能获得汽车领域所需的认证和资格。

这些汽车行业标准有助于确保利益相关方在整个产品生命周期中进行清晰的沟通。可追溯性不仅能够助力产品设计师、工程师和测试人员满怀信心地从事开发工作,而且能够使市场更安全、车辆更可靠。遵循这些标准将有助于提高质量和效率,并降低故障率。

SK海力士的汽车内存正在为纠错码(Error Correction Code, 简称 ECC8)、内建自测(Built-In Self-Test,简称BIST9)和循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,简称 CRC10)的开发提供技术支持,同时,SK海力士还在开发一种具有更好耐温性能的位单元,并为刷新过程中失去电荷的DRAM裸片引入纠错功能。SK海力士不仅将纠错功能应用在DRAM裸片中,而且应用在DRAM接口中,以减少汽车内存中可能出现的错误。

对于NAND闪存,SK海力士将搭载PUC(Peri. Under Cell)技术的TLC(Triple-Level-Cell) 4D NAND用于汽车UFS,以确保其高性能。它拥有比eMMC 5.1接口更快的随机写入和读取速度,由此增强IVI系统和仪表盘的性能。 汽车UFS作为高性能存储接口,非常适合用于需要超快速启动功能和汽车级可靠性的高级汽车系统。

图4. SK出行技术

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图5. 采用20nm技术的8Gb LPDDR4

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SK海力士将与SK集团其他子公司(如SK电讯、SK Innovation等)携手,引领电动出行行业的革命,并通过先进、环保的半导体技术助力创造更多的经济价值和社会价值。
SK海力士先进、高品质的汽车内存产品将为全球的驾驶者带来卓越的便利体验,并推动全新电动出行时代的发展。

 

1演示材料《信息娱乐系统与自动驾驶汽车——存储的挑战》,作者:Michael Huonker,戴姆勒公司研发部,2019年美国闪存峰会
2http://www.bjnews.com.cn/graphic/2018/05/11/486612.html , http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201909231365565692_1.pdf
3http://www.gd.xinhuanet.com/newscenter/2020-06/23/c_1126152117.htm
4汽车电子委员会(AEC):AEC-Q100是一项基于故障机制的集成电路应力测试认证
5国际汽车工作组(IATF):IATF 16949作为一项基本认证,可改善满足客户特定需求的汽车质量管理体系
6资料来源:Automotive Spice (http://www.automotivespice.com/
7ISO 26262:国际标准化组织(ISO)于2011年定义的汽车生产中电气和/或电子系统功能安全的国际标准
8纠错码(ECC):在不可靠或有噪声的通信信道上控制数据错误的方法
9内建自测(BIST):允许机器自我测试,以提高可靠性和缩短维修周期时间的机制
10循环冗余校验(CRC):一种错误检测代码,用于检测对原始数据的意外更改


Vice President沈大用 撰写

SK hynix汽车业务(Automotive Business)负责人

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