涅槃汽车:智能座舱数据存储技术浅析-凯发网

最近几天，涅槃汽车发表文章，对智能驾驶舱数据存储技术进行了分析。内容如下:

1.智能驾驶舱的存储越来越重要，容量越大，容量越大。

众所周知，我国新能源汽车逐渐步入正轨，越来越多的用户选择更加智能化的新能源汽车从最近5—10年的发展趋势来看，汽车从机械定义的汽车向电子定义的汽车转变，近几年软件定义的汽车开始流行

汽车硬件通用化后，汽车软件的r&d环境变得更加容易，软件应用场景，包括操作系统建设和应用生态建设，都有了施展的空间汽车和pc，智能手机一样，区别主要体现在软件上，即软件定义汽车中国新能源汽车进化为智能汽车后，正在复制智能手机在中国制造业快速复制的道路

最近几年来，智能驾驶舱发展越来越快，整个智能驾驶舱已经成为整个主机厂的必争之地，可以满足用户的多重需求用户希望车辆像手机一样越来越智能除了驾驶舒适性，更多的个性化设置和人机交互可以让用户体验到这款车的情感需求

而且主机厂的竞争越来越同质化，需要形成产品差异化，智能驾驶舱只是一个突破口当互联网公司的移动终端市场饱和后，英雄所见略同，汽车将是继pc，手机，平板电脑之后的又一个智能终端载体，而智能驾驶舱就是这个载体最重要的载体

后来在2010年左右逐渐发展为智能手机刚出来的时候，苹果4的手机存储是16gb—32gb当时可以进行一些简单的视频通讯和简单的游戏，没有办法在本地存储高清地图，都是在线缓冲

到最近发布的手机，没有256g的手机存储很难说是最新的手机，因为手机里存储的照片越来越高清，视频存储内容也很大，大部分人手机里的app已经超过100个，所以手机的存储容量会越来越大。

让我们来看看汽车智能驾驶舱的发展:

1)90年代，机械化阶段:包括机械仪表盘，车载收音机，对讲机等设备，密集的物理按键操作只提供车速，发动机转速，水温，油量等基本信息。

此时，nor flash仍然是主要存储，这类似于手机的诺基亚时代它只需要存储简单的行驶里程，收音机设置等信息，存储要求不会大于100mb

2)2000年至2015年，电子阶段:电子技术进入驾驶舱，驾驶舱配备了相对简单的电子设备，如小尺寸中控液晶屏，车载导航，蓝牙，媒体播放器等。

此时存储需求逐渐增加，有了操作系统，就需要存储空间来放置操作系统同时需要将部分地图数据内置到存储中，而不是像以前那样通过tf卡更新地图，因为地图可以通过联网实时更新特斯拉甚至在现阶段将网络浏览器放在了中央显示屏上此时车内人机交互不多，公交车上也没有那么多app应用，所以此时的存储容量基本在16gb左右

3)从2015年开始，智能时代来临:驾驶舱智能的开启以大尺寸中控面板的出现为标志，消费电子技术进入汽车领域液晶仪表，中控面板，抬头显示系统，视觉感知，语音交互等通过域控制器集成和组装在驾驶舱内，可以根据驾驶员和乘客的偏好，习惯和需求提供更加舒适和智能的驾驶体验

这个时候，我们已经来到了类似手机的智能堆砌时代业界一般把智能汽车描述为四个轮子的智能手机主要原因是汽车硬件标准化后，会出现类似当年引领产业链的苹果iphone智能手机的趋势硬件结构设计基本固定为前后盖夹住主板电池的直板设计后，只有系统软件，电子元器件的配置和新材料的应用才能显示出产品的差异化智能手机的差异化被业界统称为

从上图可以看出，emmc的容量需求是533mb，但实际4g emmc绰绰有余为什么很多主机厂选择8g emmc主要原因是现在小容量4g emmc几乎淘汰，只剩下梦龙和闪迪的小容量emmc芯片，价格和8g emmc一样发货时间不如8g emmc，还有93%的设计余量，产能浪费就浪费了反正价格和交货期是同时的

让我们看看emmc的中央控制导航主机的容量要求相对于没有在线地图的传统导航主机，使用8g emmc就足够了，主要是离线地图占用的空间最大

从数据上看，最大的部分是离线地图如果是高清地图数据，这部分接近10 g，如果安装了一些应用，比如喜马拉雅，蜻蜓fm，这部分也需要预留空间给客户下载数据否则用户关注此应用后无法在本地下载缓存，只能在线收听这是一个非常不好的体验，所以中控导航主机emmc的容量一般情况下是32g

开始逐步进入域控制器。

原来驾驶舱里的控制器基本是分离的，一个导航主机，一个液晶仪表，一个avm全景，还有tbox这里线束连接很复杂，不同供应商的直接协调调试也很复杂

而且现在用域控制器改路由很简单，可以集中资源进行开发一个域控制器可以代替许多不同的设备

在这个过程中，涉及最多的是域控制器此时智能驾驶舱的堆叠更多的是域控制器大规模使用的开始一核拖多屏，一个主芯片驱动不同设备现在最火的高通8155可以驱动中控导航，液晶仪表，hud，行车记录仪，tbox，后排头枕显示器等等这时，存储容量的要求就变得尤为重要既要满足每个组件原有的存储容量需求，还要增加很多人机交互需求，所以容量需求会变大

上图是理想l9的智能驾驶舱官方宣传是理想l9标配了两颗高通骁龙8155芯片，拥有24gb内存和256gb高速存储容量，共同构成了强大的计算平台

氪001是由8155计算平台升级而来的新一代氪智能座舱，采用7 nm工艺8核cpu，16g内存，128g存储空间。

小鹏p7搭载了上一代的域控制器芯片高通骁龙820a，存储容量为8 128gb这个容量主要是为了用户承载更多的app，并且支持小程序扩展，实用性和娱乐性都很强

该车配备了完善的视觉传感器配置，包括各种rgb图像数据，光线追踪数据，景深信息数据等，具有arvrmr影像生成和制作的天然优势一旦其视觉处理能力得到开发，它将与智能汽车的高清显示屏设备和ar—hud虚拟显示设备一起成为最具可玩性的智能终端无论是端还是云，海量存储空间都是必须的

可以看出，现阶段的存储容量需求正在从64g向512g发展伴随着人机交互，存储高清视频内容的要求以及不同功能域控制的融合，存储容量逐渐增大

总结:

事实上，所有基于信息数据的智能产品和生物界的智能水平是一样的，而决定智能水平最基本的指标就是脑容量的大小以此类推，对于智能产品来说，智能的高低与芯片的计算能力密切相关

在这一波智能驾驶舱中，存储芯片的容量非常重要，这最初取决于存储空间的突破只有产品的存储空间足够大，才能加载更大的系统软件和应用软件，存储更多的数据用于生产和服务

2.智能座舱对存储芯片的要求

因为我们都知道存储容量越大越好车机的内存可以像手机一样直接换成大容量芯片吗而且升级一个手机内存的技术这么成熟，所以目前车内由域控制的内存芯片还是比较少的能一步到位自己更换吗

答案是不能直接替代虽然都是内存条，但是智能驾驶舱芯片和普通的消费级内存条差别真的不是一点点具体说一下吧

2.2.1安全性和可靠性要求:

我们先来看一个案例特斯拉因内存问题召回约13.5万辆汽车，包括2012—2018年生产的model s和2016—2018年生产的model x特斯拉表示，8gb emmc内存达到使用寿命后，相应的控制器会出现故障，导致屏幕上的后视，除霜设置和转向灯调整等功能无法正常工作这个问题一般在汽车使用五到六年后开始出现特斯拉目前的凯发app官方网站的解决方案是免费更换64gb的emmc内存

智能驾驶舱控制的存储芯片必须满足车辆法规级别的要求。

由于汽车是耐用消费品，它需要很长的供应周期，这不同于消费电子市场由于供应链的标准非常严格，车载存储本身的设计和生产将面临很大的挑战

汽车仪表芯片的设计很长，域控制的存储芯片存储了一些非常重要的车身控制信息上面的特斯拉就是一个例子，所以要保证重要信息存储的应用，要有非常高的安全标准

首先要保证的是高温运行条件普通消费电子产品可以在—10℃ —50℃下正常工作因为汽车外部环境温度变化很大，比如后视镜，长时间暴晒后太阳的温度可以达到90—100℃左右，这就对存储器的控温性能要求很高不同地点的存储要求有所不同如果是纯娱乐产品，不涉及安全应用等数据，要求—40到85摄氏度如果是智能座舱的域控制存储芯片，至少要满足—40到105度的温度设计，保证存储性能在极低温环境和高温环境下都能在很宽的温度范围内稳定发挥，故障率为0

信号可靠性和完整性的要求:

在很多驾驶环境中，往往会有电磁波等环境干扰，也会对数据的可靠性产生重大影响所以在设计中会在内存的抗干扰性能上做很多工作此外，在与整车行驶安全相关的部分，车载存储器在响应速度，抗振性，可靠性，纠错机制，调试机制，溯源性，数据存储的高稳定性等方面都比消费级产品提升了很多个数量级

不是所有的牛奶都叫特仑苏，也不是所有的内存条都是汽车级内存条从芯片设计到板上测试验证，再到真正量产，通常至少需要4~5年经过长时间的验证，内存条不能轻易更换

智能座舱域控制对存储容量的要求:

汽车的硬件主要是原装的感光或响应部件，用来接收dms摄像头输入的驾驶员面部或手部信息，以及oms输入的乘员信息同时接收车内乘客输入的相关语音信息，以及车载音响，显示器等硬件单元

大家可以看到，智能驾驶舱域控制的计算能力和存储量都是巨大的，要处理的事情很多，包括人机交互语音，人脸，手势等信息的处理。

还有中控导航，液晶仪表，hud等显示信息的输出，并且还兼容第三方软件app的应用，包括天气，地图，以及系统软件的存储，车辆权限的管理，车辆ota升级的处理等关于存储芯片的要求，我们已经提到了大空间的要求，除此之外，还有一些其他的性能要求

2.2.2快速阅读。

无论是技术还是容量，车载导航基本复制了手机的发展趋势起初，汽车导航的地图是用外部sd存储卡存储的更新地图时，只需拿出sd卡，去4s的商店更新最新地图，而且每年都要付费

现在手机的接口都是从emmc到ufs接口，智能驾驶舱存储芯片的接口也将从emmc接口改为ufs接口我们来看看为什么会有这样的趋势

2 . 2 . 3 slc存储需求的灵活配置。

在5g移动网络下，智能汽车也有很大的内存消耗，就是事件记录设备以前汽车最多配一个行车记录仪，记录一些简单的交通取证视频以前很多时候，插tf卡是为了存储tf卡里的数据

不同质量的tf卡擦除速度不一样，经常震动，导致这种接触不良，会导致卡损坏擦久了写卡速度会下降的很厉害，往往半年左右就要换一张卡，不然会损坏从上图可以看出，相比1200次擦除后的数据，擦除寿命降低了30%，错误率增加了50倍，写卡速度也降低了90%基本处于报废边缘

众所周知，如果行车记录仪中存储的内容基本都是一周左右的，因为存储卡是以覆盖的方式写入的，比如16g的tf卡，视频存储满16g后之前的内容就逐渐被覆盖了，所以如果你某天心血来潮想看一个月的视频资料，对不起，这个已经被覆盖了。

为了改善用户经常和自己的卡接触不良，一年左右就要换tf卡的尴尬体验，很多汽车厂商已经逐渐开始使用内置的ufs内存进行数据存储。

首先定义一个概念emmc是由nand flash构成的，所以在emmc中也存在nand flash的slc，mlc，tlc，也会有抹除寿命的麻烦正常的slc可以擦除6万次，缺点是存储容量低，大容量的很贵现在大容量的emmc芯片主要是mlc格式

以1080p录制高清视频为例1080p60视频一秒的数据量为2200x1125x60 = 148.5m，视频格式为rgb888传输格式摄像头发出的信号基本是yuv4:2:2此时1s的数据量为100m，录制一分钟的视频容量为100mb*60s= 360gb

此时记录到emmc的数据是视频压缩数据，此时一般压缩格式是h.264，压缩比是60:1，一小时占用的存储大小也是6gb。

此时，如果将32gb的容量分割给行车记录仪进行录制，此时可以录制5小时左右的视频需要强行覆盖一天24小时，也就是可以覆盖4次左右按照3000次的摩擦寿命，可以满足750天的使用寿命此时无法满足车厂要求的10年生命周期要求

此时，您可以选择将32gb的mlc存储空间配置为16gb的slc格式此时虽然存储空间减少了一半，只有16gb，但是可以擦除的次数变成了60000次此时可以满足17.86年的循环寿命

由于智能驾驶舱的存储需求不同，需要像行车记录仪一样支持大数据的读写存储，寿命要求比较高，所以需要支持slc的灵活配置需求。

2.2.4支持动态损耗均衡技术。

因为闪存的可擦除次数是有限的，当一些数据被频繁修改时，对应的块会很快被耗尽，从而整个磁盘都无法使用因此，需要一种技术来均匀地分散这些块的擦除和写入，并延长使用寿命

先看几个相关的基本概念:

因为闪存不能覆写，所以如果要修改现有数据，需要先擦除原有数据，然后再写入新数据频繁修改的数据非常热，称为热数据，而写入后很少修改的数据就像被打入冷宫，称为冷数据

被擦除次数少的块仍然年轻，生命力强，故称年轻块相对老的块是被擦除次数较多的块，剩余次数不多

闪存贵，擦除次数又这么有限，怎么玩因此，损耗均衡等技术可以通过损耗均衡来延长闪存的寿命

如果没有损耗均衡，一些块可能会被频繁擦除并最终报废，从而缩短闪存的寿命磨损均衡技术是将擦除操作分散到所有块，以防止一些块被提前耗尽

损耗均衡技术按算法分为动态和静态，按域分为局部和全局:

在车辆领域，主要使用动态磨损均衡当需要覆盖时，新数据被写入空闲页，而旧数据被标记为无效，等待垃圾收集和擦除

从上图可以看出，2nd write重写了lba#6的数据，写入新分配页的数据并没有在原页上直接修改第三次写入也是如此到第n次写入时，数据已经重写了n次，但是垃圾收集还没有发生，所以有许多无效页

对比上图中垃圾收集的左图和右图，我们可以看到垃圾收集擦除了所有无效页，数据lba#6也被移到了新块中这是因为如开头所述，闪存擦除的最小单位是块，所以当块中有用户数据时需要迁移

缺点:动态损耗均衡有一个明显的缺点当一个数据是冷的，长时间没有修改时，它占用的块的数量很少，但不能用于磨损均衡

2 . 2 . 5 smt烧录数据的稳定性。

很多用emmc的厂商，这个烧也是一个很痛苦的过程有的是通过编程器件提前烧，smt后发现dip组装工艺部分没有开启这时候就很痛苦，要半天排查问题

最后，当软件丢失时，需要重新刻录软件，这往往是通过usb升级此时一台电脑的燃烧时间至少在15分钟以上

这大大影响了生产线的生产效率如果不提前烧录，直接在后端烧录，此时就无法通过smt后的相应功能检查同时，你需要大量的刻录工具，这也影响了整个制作节奏为什么会出现软件问题

我们已经知道，tlc，mlc，slc的区别，比如tlc工艺，在0—3.3v要分8个等级，这个时候在smt 245℃回流焊的时候，非常容易出现等级在里面轻微放电的情况此时，可以将l5的电压修改为l4或其他等级

可是，slc只有高低之差这个时候这个就没那么容易放电掉进去了，射程边界也远了所以错过的节目都是mlc流程以上的emmc，但是数据都是放电造成的因为机器本身没有通电，也没有充电，所以数据位全部由1变为0

目前西数的车级芯片支持100%预烧，完全可以让用户放心使用他们不用担心smt中数据丢失的风险，从而解决了用户的后顾之忧

3.西部数据在ufs eu 312展会上遇见智能驾驶舱存储的白马王子。

3.1高容量

首先，该系列有不同的容量配置，可以满足智能座舱不同阶段产品的储物容量需求。

可以看到存储容量从16gb—256gb系列不等，部分机型还在传统配置这时候中控导航可以选择32gb配置如果已经是高通8155或者8295配置，存储可以选择128gb甚至256gb的配置

3.2高可靠性

除了满足整个智能驾驶舱需求的能力，西部数据在可靠性和安全性方面也下足了功夫。

全新256gb西部数据inand at em132嵌入式闪存盘采用64层3d nand tlc闪存技术，产品生命周期超过2d nand，满足不断变化的应用需求和不断增加的容量需求。

西部数据inand at em132嵌入式闪存盘通过iatf16949认证，符合aec—q100标准，符合iso26262 nand闪存安全机制指南它还包含了丰富的汽车功能，专为密集型汽车工作负载而设计，包括:高级健康监测，热管理，自动和手动读取和刷新，强大的电源管理，超过jedec标准的数据保存，高级数据保护和纠错技术

3.3高速

基于优化的3d nand技术和快速ufs v2.1接口，eu312 efds的inand提供了出色的读写性能，并为大多数数据密集型汽车应用提供了嵌入式存储凯发app官方网站的解决方案。

写入速度高达550 mb/s，读取速度高达800 mb/s，完全可以满足目前智能座舱的读写速度要求。

3.4灵活的汽车特殊功能

包括高级运行状况监视器，增强的电源故障保护，快速启动，增强的slc lun和oem可配置启动分区。

因为汽车运行在非常复杂的环境下，中控导航的供电线路和车身的电池的12v电源会有接触不良的情况而且车规级的7637—2实验也会模拟50毫秒断电恢复正常电压的情况正常的中控导航设计会有一个很大的电容，保证在这种意外断电的情况下，整机的正常运行因此，还需要所有部件都具有增强的电源保护，以确保存储的安全性

此时，如果不使用增强的电源保护，在保存关键数据时会有失败的风险。

针对各种读/写密集型使用情形进行优化这在一些经常需要读写数据的领域非常有用比如前面提到的存储行车记录仪图像的区域，就不适合做整个区域的动态平衡此时，该功能可以提高车辆的寿命这些汽车的特殊功能对于智能驾驶舱非常重要

选择西部数据存储，智能驾驶舱存储芯片可以放心使用。

western data在闪存开发和系统设计方面拥有超过30年的专业经验闪存芯片的设计，制造，组装，测试，可靠性分析和监控的完整垂直集成支持整个产品生命周期

在车载存储方面，我们可以扩展对pcn和eol的支持，还支持提供汽车行业专属的生产零部件批准程序文件inand at系列是专门为高可靠性车载应用设计的，整个制造过程中dppm非常低

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