自動(dòng)駕駛和智能座艙需要哪些高性能存儲器

1   自動(dòng)駕駛的技術(shù)趨勢

1）自動(dòng)駕駛汽車(chē)，甚至是普通的ADAS或者智能汽車(chē)，正在變成車(chē)輪上的數據中心。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要處理海量數據，這類(lèi)汽車(chē)預計平均每天會(huì )產(chǎn)生20 TB的數據。再加上在車(chē)載信息娛樂(lè )（IVI，in-vehicle infotainment）和ADAS中都需要使用的人工智能（如手勢識別、自然語(yǔ)言處理、計算機視覺(jué)、目標檢測和識別），還有高清顯示屏、自適應巡航控制、語(yǔ)音助手和其他數字化座艙功能，汽車(chē)需要在瞬間整合并分析這些數據，對內存和計算的需求也因此呈指數級增長(cháng)。實(shí)際上，自動(dòng)駕駛汽車(chē)，甚至是普通的ADAS或智能汽車(chē)，正在變成車(chē)輪上的數據中心。這些新興的汽車(chē)技術(shù)都推動(dòng)了對更多DRAM和存儲的需求。事實(shí)上，Gartner預測汽車(chē)內存市場(chǎng)將在2024年增長(cháng)到63億美元，比2020年的24億美元增長(cháng)了1倍多。

同樣重要的是，即使在處理和存儲這些海量的數據和媒體時(shí)，這種內存和存儲器也要盡可能的保持低功耗和節能，否則駕駛員將不得不經(jīng)常給電動(dòng)汽車(chē)充電或者給汽車(chē)加油——這既昂貴又不方便，而且不環(huán)保。

為保證續航里程，汽車(chē)原始設備制造商和供應商需要使用低功耗、節能的內存。LPDDR5出色的能效有助于提升續航里程，降低排放，實(shí)現更為環(huán)保的交通出行，推動(dòng)自動(dòng)駕駛的未來(lái)更加可持續發(fā)展。

2）完全自動(dòng)駕駛需要非常高的實(shí)時(shí)人工智能計算性能。

如今，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的量產(chǎn)已“指日可待”。然而，要實(shí)現這一愿景，需要處理來(lái)自用于檢測、識別、跟蹤和預測道路上物體行為的各種傳感器的大量數據。單個(gè)高分辨率攝像頭傳感器可以產(chǎn)生1.4 GBps的數據。一輛完全自動(dòng)駕駛的汽車(chē)有40多個(gè)傳感器，這些傳感器每秒可產(chǎn)生超過(guò)50 Gb數據。完全自動(dòng)駕駛需要非常高的實(shí)時(shí)人工智能計算性能，最高可達每秒500T（萬(wàn)億）次運算（ToPS）。

與上一代LPDDR4x相比，LPDDR5 DRAM的數據訪(fǎng)問(wèn)速度提高了50%，能效提高了20%以上，滿(mǎn)足了數據密集型需求，使智能車(chē)輛具備了近乎實(shí)時(shí)的邊緣處理能力。這種低延遲和高帶寬對于快速處理來(lái)自當今互聯(lián)汽車(chē)多個(gè)傳感器和數據源的數據至關(guān)重要，例如雷達、激光雷達、高分辨率成像、車(chē)內聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò )和高分辨率雷達等。

3）隨著(zhù)汽車(chē)越來(lái)越依賴(lài)軟件，高性能5G連接和系統級安全將愈發(fā)重要。

隨著(zhù)汽車(chē)越來(lái)越依賴(lài)軟件，所包含的代碼超過(guò)3億行，為了保持最新更新和增強功能，支持空中下載（OTA，over-the-air）更新是必不可少的。這也是支持軟件即服務(wù)（SaaS）等功能的關(guān)鍵所在，利用這些功能，自動(dòng)駕駛和其他功能可以通過(guò)每月訂閱和軟件下載來(lái)實(shí)現。對于MaaS，用戶(hù)個(gè)人習慣將存儲在云中，在駕駛員進(jìn)入自己的車(chē)輛或者租用同一品牌的車(chē)輛時(shí)，便能檢索出其用戶(hù)使用習慣。要實(shí)現這些功能，高性能5G連接和系統級安全將是至關(guān)重要的，甚至是不可或缺的。美光獨特的安全解決方案Authenta提供了基于可信根的安全功能，是專(zhuān)門(mén)針對這種復雜邊緣計算環(huán)境需求而開(kāi)發(fā)的。

4）功能安全的技術(shù)趨勢

到目前為止，車(chē)用DRAM解決方案還沒(méi)有按照功能安全以及ISO26262標準要求進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設計和/或嚴格的評估。

美光符合安全要求的LPDDR5功能超越了標準的JEDEC和標準的汽車(chē)產(chǎn)品要求。美光業(yè)界首款符合ISO26262安全標準的DRAM經(jīng)過(guò)了硬件評估，滿(mǎn)足最高級別的ASIL標準，即ASIL D，完全符合JEDEC標準并具備同類(lèi)最佳的汽車(chē)級品質(zhì)。美光還為L(cháng)PDDR5產(chǎn)品添加了一組安全功能，可幫助客戶(hù)檢測現場(chǎng)隨機硬件故障。美光提供了一套全面的安全相關(guān)文檔，包括硬件評估報告、評估報告、安全應用說(shuō)明、安全分析報告（FMEDA摘要）和簽署NDA后的PIN FMEA。

我們符合功能安全標準的LPDDR5和產(chǎn)品文檔簡(jiǎn)化了系統設計，并幫助客戶(hù)更快地履行復雜的合規要求。最終，這縮短了一級汽車(chē)供應商的產(chǎn)品面市時(shí)間，并幫助原始設備制造商盡快設計安全、智能的汽車(chē)。在競爭激烈的市場(chǎng)中，這種競爭優(yōu)勢是非常關(guān)鍵的。

Robert Bielby（美光科技 汽車(chē)系統架構高級總監）

2   智能座艙的趨勢

ADAS和功能豐富的座艙是當今半導體產(chǎn)品增長(cháng)的主要推動(dòng)力，遠遠領(lǐng)先于全自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

盡管自動(dòng)駕駛（AD）風(fēng)頭正盛，但重要的是要認識到，ADAS和功能豐富的座艙是當今半導體產(chǎn)品增長(cháng)的主要推動(dòng)力，遠遠領(lǐng)先于全自動(dòng)駕駛汽車(chē)。汽車(chē)內部/駕駛艙和“車(chē)內體驗”（IVE，In-Vehicle Experience）已成為影響消費者購買(mǎi)決定和汽車(chē)廠(chǎng)商（OEM）品牌特質(zhì)的主要因素。

消費者希望能更好的聯(lián)網(wǎng)以方便訪(fǎng)問(wèn)信息，獲得類(lèi)似智能手機的無(wú)縫用戶(hù)體驗，并為他們喜愛(ài)的所有智能手機應用程序提供本地車(chē)載支持。數量越來(lái)越多、尺寸越來(lái)越大的高分辨率顯示屏應支持這些應用程序，提供身臨其境的體驗。汽車(chē)廠(chǎng)商認識到，人們關(guān)注的重點(diǎn)從實(shí)際駕駛體驗轉移到基于個(gè)人品味、娛樂(lè )和工作效率的體驗，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的未來(lái)更看重信息和乘客體驗都非常豐富的座艙，因此，車(chē)內體驗的創(chuàng )新將有增無(wú)減。

美光的深厚專(zhuān)業(yè)知識源自與汽車(chē)客戶(hù)的緊密合作，即為支持ADAS、車(chē)載信息娛樂(lè )、數字化座艙和機器學(xué)習的系統架構設計內存方面的合作。

我們在全球范圍內與汽車(chē)制造商、一級供應商和芯片組供應商有著(zhù)密切的合作伙伴關(guān)系。這種合作通常從產(chǎn)品的系統架構定義階段的早期開(kāi)始，一直延伸到客戶(hù)/合作伙伴產(chǎn)品的設計、測試和部署階段。我們在全球擁有多個(gè)專(zhuān)門(mén)的工程實(shí)驗室，位于主要的汽車(chē)設計中心，在那里我們提供直接的工程支持，保證我們的客戶(hù)和合作伙伴能夠以最短的上市時(shí)間和最低的風(fēng)險設計和交付同類(lèi)最佳的產(chǎn)品。

1）車(chē)載信息娛樂(lè )系統正與儀表盤(pán)集成，這使得功能安全愈發(fā)重要。

當今的汽車(chē)對快速存儲并處理大量數據的要求越來(lái)越高。汽車(chē)廠(chǎng)商一直面臨著(zhù)整合處理能力、保證數字系統流暢運行和成本競爭等壓力。而現在，讓人意想不到的新趨勢出現了。車(chē)載信息娛樂(lè )系統，其引人入勝的高分辨率屏幕和功能越來(lái)越像智能手機了，而它的功能不再只是為了好玩。設計人員將車(chē)載信息娛樂(lè )系統與儀表盤(pán)集成，以實(shí)現符合功能安全要求的更為關(guān)鍵的系統。

這樣集成主要是為了降低成本和簡(jiǎn)化架構，以加速實(shí)現創(chuàng )新。盡管這種集成是有益的，但也要考慮功能安全的要求。儀表盤(pán)中的某些信息用于提醒駕駛員注意車(chē)輛功能，其中一部分信息可能會(huì )對車(chē)輛和乘客安全產(chǎn)生影響，因此需要符合嚴格的合規要求。

基于對汽車(chē)市場(chǎng)以及內存在安全應用中重要作用的深入了解，美光近期推出業(yè)界領(lǐng)先的汽車(chē)功能安全內存系列解決方案，是下一代車(chē)載信息娛樂(lè )系統應用的理想解決方案。功能安全解決方案進(jìn)一步彰顯了美光30年來(lái)致力于為汽車(chē)市場(chǎng)提供領(lǐng)先解決方案的承諾，反映了公司在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛投入。

美光新的車(chē)用LPDDR5內存是我們更廣泛的汽車(chē)兼容系列產(chǎn)品中的第一款產(chǎn)品，被認為適用于任何ASIL等級的安全系統，是下一代基于域的車(chē)載信息娛樂(lè )系統應用的最佳選擇。美光的LPDDR5產(chǎn)品附有硬件評估報告，由獨立的第三方、業(yè)界公認的咨詢(xún)公司exida進(jìn)行評估。根據exida的分析結論，該產(chǎn)品適用于最高級別系統，包括等級最為嚴格的ASIL-D。

2）隨著(zhù)IVI系統的集成，集中式存儲在交互式座艙中變得越來(lái)越重要。

IVI 系統的架構通常是與儀表盤(pán)架構分開(kāi)的。盡管目前已有的系統為增強用戶(hù)體驗做出了不懈的努力，但還是未能跟上消費者期待的創(chuàng )新水平——例如類(lèi)似于智能手機的體驗。我們面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰是：無(wú)法在車(chē)輛交付后重新配置和更新系統。

集中式存儲有利于實(shí)現功能系統之間的數據共享。它也是創(chuàng )造交互式和個(gè)性化用戶(hù)體驗的基礎，而這正是消費者期待的車(chē)內體驗。車(chē)用SSD可以提供豐富的功能，包括高速、功能數據隔離、加密數據保護、安全遠程重新配置等，位密度單價(jià)（price-per-density）也和分立的存儲設備（如UFS）差不多，這將顯著(zhù)改變未來(lái)的設計格局，帶來(lái)更多可能性。除了消除了設計冗余之外，由于采用了小尺寸球柵陣列（BGA）封裝，SSD只需要很小的PCB面積。

此處討論的集中式存儲和汽車(chē)級SSD的解決方案將應用于2023年及以后的下一代架構中。這項創(chuàng )新不僅適用于IVI，還適用于主要汽車(chē)廠(chǎng)商及合作伙伴的自動(dòng)駕駛和中央計算架構。

3   美光有完整的內存解決方案

對于當前和未來(lái)的智能汽車(chē)來(lái)說(shuō)，完整的內存技術(shù)是成功的關(guān)鍵。我們針對智能汽車(chē)的解決方案包括如下。

●   我們的NOR提供了快速啟動(dòng)功能，這些功能通常是倒車(chē)影像等需要即時(shí)啟動(dòng)性能的應用所需要的。

●   全套符合汽車(chē)標準的DRAM系列，包括為計算密集型ADAS應用提供高帶寬解決方案的LPDDR5/5X和DDR4，以及用于IVE和ADAS的LPDDR4/4X。

●   美光提供一系列符合汽車(chē)標準的管理NAND解決方案，包括eMMC、UFS和PCIe SSD等，可用于整個(gè)車(chē)輛，滿(mǎn)足ADAS、IVE的擴展存儲需求。

●   此外，美光還擁有一系列符合汽車(chē)標準的多芯片封裝（MCP）內存，將高密度內存和存儲集成在一個(gè)緊湊的封裝中。我們的多芯片封裝為如智能相機和遠程信息處理這樣空間受限的應用提供了DRAM和NAND的完美組合。緊湊的外形封裝可用于進(jìn)一步增強功能，由于采用了堆疊、緊密耦合的組件，與使用分立元件相比，幫助制造商節省了50%以上的印刷電路板空間，并優(yōu)化了成本。美光的多芯片封裝也針對汽車(chē)應用進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)測試能夠承受自動(dòng)駕駛汽車(chē)的極端溫度。