涅槃汽车: 智能座舱数据存储技术浅析
最近时期，涅槃汽车发表了一篇文章，对智能座舱数据存储技术进行解析，内容：
1、 智能座舱的储存越来越要紧，容量越大越大。我们都知道，中国新能源汽车逐步在迈向正轨，越来越多的用户选取具有更多智能化的新能源汽车，从最近5-10年的发展趋势来看，汽车已经从机械定义汽车到电子定义汽车，到最近的几年火的发紫的软件定义汽车。
汽车硬件通用化之后，汽车软件的研发环境也变得更加容易，包括操控系统搭建、应用生态构建在内的软件应用场景，就有了施展的空间。如同 PC和智能手机一样，汽车的差异化主要体现软件上，即软件定义汽车，中国新能源汽车往智能汽车方向进化后，正在复制当年智能手机在中国制造业快速复制的道路。
最近几年智能座舱发展越来越快，整个智能座舱已经是整个主机厂的“内卷之王”的必争场地，它可以满足用户的多重需求，用户对于车辆希望越来越像手机那样智能化，除了驾驶的舒适性外，更多的个性化设置，人机交互，都能让用户体验到这个车的情感需求。
而且现在主机厂竞争愈发同质化，需要形成产品差异化，而智能座舱恰好是一个突破口，互联网企业在移动终端市场饱和的情况下，英雄所见略同的认为汽车将是 接PC、手机、平板电脑之后的另外一个智能终端载体，而智能座舱就是这个载体最要紧的承载物。
以下是手机储存容量的趋势变化：
在智能机兴起之前，基本上就是诺基亚的功能机的天下，09年诺基亚的神机5230，储存容量就是256MB，这个容量没有办法储存一部现在的高清视频，当时还是塞班系统，基本上没有应用APP的功能，就一些简单的听歌、打电话、简单游戏等功能。
后面逐步发展到了2010年左右的智能手机，最开始出来的时候，苹果4的手机储存是16GB-32GB，那个时候可以进行一些简单的视频通讯，简单的游戏，没有办法本地储存高清地图，都是在线缓冲。
想想现在谁买一个新手机还不得64G容量以上，如果你是32G的iPhone7每天删图片和缓存都累死了，随便一个APP应用就几百MB了，微信聊天记录就占用10个G储存。
到最近发布的手机，手机储存没有一个 256G都不好说自己是最新款的手机，因为手机储存的照片越来越高清，视频储存内容也大，而且绝大部分人的手机的APP数量已经超过100个了，所以手机储存容量会越大越大。
再来看看汽车智能座舱的发展历程（及储存要求）：
1）上世纪90年代，机械化阶段：包括机械式仪表盘及车载收音机、对讲机等设备，密集的物理按键操作，仅提供车速、发动机转速、水温、油量等基本信息。
此时的储存还是以NORFLASH为主，类似于手机的诺基亚时代，只需要储存简单的行驶里程，收音设置等信息，储存需求都不会大于100MB。
2）2000-2015年，电子化阶段：电子技术进入座舱，座舱内配备小尺寸中控液晶显示屏、车载导航、蓝牙、媒体播放设备等较为简易的电子设备。
这个时候的储存需求逐步变大了，有操作系统了，需要储存空间来放置操作系统，同时有一些地图数据需要内置在储存里面，而不是像以前通过TF卡来更新地图，因为可以联网实时更新地图了。特斯拉在这个阶段甚至把网页浏览器也放到了中央显示屏里。这个时候车里面人机交互不多，而且没有那么多APP应用上车，所以此时的储存容量基本上是16GB左右。
3）2015年起，智能化时代迎面而来：座舱智能化的开启以大尺寸中控屏的出现为标志，消费电子技术进入汽车领域，液晶仪表、中控屏、抬头显示系统、视觉感知、语音交互等通过域控制器实现集成并装配在座舱内，能根据驾驶员、乘客的偏好、习惯和需求，提供更加舒适、智能的驾乘体验。
此时进入了类似手机智能化“堆料”时代，产业界常常将智能汽车比作有四个轮子的智能手机，因为汽车硬件标准化之后，就像当年苹果iPhone智能手机引领产业链风向一样，汽车硬件结构设计基本固定成前后盖夹住主板电池的直板设计后，只有系统软件、电子元器件配置以及新材料材质应用等方面可以显示产品差异化，智能手机的差异化被行业所称的“堆料”行为。
来看看常见液晶仪表对于eMMC容量的要求的诉求，下图是使用一个i.MX6DL平台的12.3寸全液晶仪表的项目，此时可以看到这个项目对于eMMC的容量诉求比较小，只需要533MB，最大的资源是UI图片资源，因为许多汽车需要有多套UI界面的需求，例如在汽车切换至运动模式时，此时的UI界面就比较炫丽，而切换至经济模式时，此时UI界面就比较平和了，这样更能给用户更好的体验，因此仪表存储大小主要是图片UI资源占用比较大。
上图可以看到eMMC容量需求是533MB，实际上4GeMMC已经充足，为何许多主机厂选用8G的eMMC呢？这主要是因为现在小容量的4G eMMC基本上已经过时，只剩下镁光和闪迪拥有车规级的小容量eMMC芯片，而且价格也与8GeMMC相同，交货期也不如8GeMMC好，有93％的设计余量，容量浪费就浪费吧，反正价格和交货期都在那儿。
来看看中控导航主机对于eMMC的容量需求。在传统的不带在线地图的导航主机上，使用8GeMMC就足够了，因为离线地图占据了最大空间。
从数据来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10GB，如果安装一些应用，例如喜马拉雅、蜻蜓FM等，这部分还需要预留给客户下载数据的空间，否则用户按照了这个应用也无法本地下载缓存，只能在线收听，这个是很不好的体验，因此正常情况下的中控导航主机的eMMC容量普遍是32G。
开始内卷的“域控制器”正在逐步发展。原来的座舱里面的控制器基本上是分开的，导航主机是一家公司，液晶仪表是一家公司，同时还有一个AVM全景公司，还有TBOX等，这里线束连接就很复杂，而且不同供应商之间的协调调试也非常复杂。
现在使用域控制器变更走线简单，而且可以集中资源进行开发，一个域控制器可以替代很多不同的设备。然而，这个过程中，最内卷的是域控制器，这个时候的智能座舱的“堆料”更多的是域控制器的开始大量使用，一颗芯片拖动多个屏幕，一个主芯片带动不同的设备，现在最火的高通8155芯片可以带动中控导航、液晶仪表、HUD、行车记录仪、TBOX、后排头枕显示等等。因此，这个时候的存储容量需求变得更为重要，需要满足原有各个部件存储容量的需求，还有许多人机交互的需求，容量需求变得更大。
上图是理想L9的智能座舱，官方宣传称：理想L9标配两颗高通骁龙8155芯片，同时具备24GB内存和256GB高速存储能力，共同组成强劲的计算平台。
极氪001采用基于8155计算平台升级而来的新一代极氪智能座舱，采用7纳米制程8核CPU、16G内存和128G存储空间。
小鹏P7采用高通晓龙820A，上一代的域控制器芯片，存储是8+128GB的存储容量，这个容量主要是为了让用户可以搭载更多的APP，而且支持小程序扩展，实用性和娱乐性都很强。
汽车配置了完善的视觉传感器配置，包括各种RGB图像数据、环视光线追踪数据、景深深度信息数据等，具有天然的AR\VR\MR影像生成和制作优势。一旦其视觉处理能力开发出来，配合智能汽车的高清显示屏幕装置和AR-HUD虚拟显示装置，就可以成为最有趣的智能终端。
不论是终端还是云，广大的存储容量都是必需的。可以看到这个阶段的存储容量需求正在逐步增大，从64GB到512GB。随着人机交互、高清视频内容和域控制融合功能的要求，存储容量变得越来越重要。
总的来说，所有的信息数据化智能产品都跟生物界的智力程度一样，决定智能水平的最基本指标就是脑容量大小。以此类推，智能产品的智能化水平也和芯片的算力大小息息相关。在这波智能座舱的浪潮中，存储芯片的容量大小至关重要，最初都是依赖于存储空间的突破。只有产品的存储空间足够，才能装载更大的系统软件和应用软件，并存储更多的数据用于生产与服务。
在智能座舱中，存储芯片的要求非常高。虽然手机内存升级的技术已经比较成熟了，但是智能座舱的芯片和普通消费级的存储芯片区别还是很大的。智能座舱的存储芯片必须要达到车规级要求，因为汽车是一个耐用型消费产品，需要非常久的供货周期，而且汽车行驶的外部环境温度变化非常大，对存储器的宽温控制性能有很高的要求。
除了宽温控制性能，存储芯片的信号可靠性及完整性也非常重要。在设计上必须要能够抵御各种环境下的干扰，保证数据的可靠性。此外，车载存储器在响应速度、抗振动、可靠性、纠错机制、Debug机制、可回溯性以及数据存储的高度稳定性等方面相比消费类产品也都提高了很多个量级。
综上所述，智能座舱的存储芯片的容量大小，不仅仅要满足需求，还要符合车规级要求。在产品设计中，需要对宽温控制性能、信号可靠性及完整性做出充分的考虑，以确保其长期稳定的运行。
智能座舱中的存储芯片，虽然和手机存储芯片很相似，但它们之间还是存在很大差别的。因此，不能直接更换存储芯片，需要有非常久的供货周期和保证高安全标准。在汽车行驶的外部环境和内部需求的反复考验中，存储芯片的要求正在逐步增大，以应对新技术的引入和用户需求的提高。
同时，接收车内乘员输入的相关语音信息，车载音响、显示等硬件单元。可以看到，智能座舱域控制的算力和存储都非常庞大，要处理非常多的事项，包括人机交互语音、人脸、手势等各种信息的处理。还有中控导航、液晶仪表、HUD等显示信息的输出，还要兼容第三方软件APP的应用，包括天气、地图，还有系统软件的存储，车机权限的管理、车机OTA升级的处理等等，对于存储芯片的要求，前面已经提到了空间要大的诉求，除此之外还有一些其他性能的要求。
2.2.2读取速度要快。
无论是技术还是容量，车载导航基本上都是复制着手机的发展趋势，最开始车载导航的地图都是使用外接的SD存储卡进行存储，要更新地图的时候，直接把SD卡取出来去4S店进行更新最新地图就行，而且每年都要付费。
现在手机的接口都从eMMC到UFS接口了，智能座舱存储芯片的接口也会从eMMC接口变更到UFS接口了，看看为什么有这样的趋势。
2.2.3可灵活配置SLC存储的需求。
在5G移动网络下，智能汽车还有一个内存消耗大户，就是事件记录装置。以前的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，以前很多时候都是插入TF卡，把数据存储在TF卡里面。
不同质量的TF卡的擦写速度不同，而且经常振动，导致这个接触不良，就会存在卡损坏，擦写久了以后，写卡的速度会下降的非常厉害，经常是半年左右就要更换一张卡，否则就损坏了。上图可以看到1200次擦除后的数据同最开始做对比，擦写寿命降低了30%，错误率增加了50倍，写卡速度也降低了90%，基本上就是处于报废边缘了。
大家都知道，如果开车行车记录仪中存储的内容基本上是一周左右，因为那个存储卡的刷写都是覆盖方式，比如一个16G的TF卡，视频存储满了16G后才逐渐把前面的内容进行覆盖，所以如果哪天心血来潮要看一个月的视频数据，对不起，这个已经覆盖掉了。
为了改善用户自己配卡，经常接触不良，一年左右就要更换TF卡的尴尬体验，很多车厂都已经逐步开始使用内置的UFS的存储器来进行数据的存储。
首先还是确定一个概念，EMMC是NANDFLASH构成的，所以NANDFLASH的SLC、MLC、TLC在EMMC中同样存在，也会存在擦写寿命的困扰，正常SLC可以擦写的寿命是60000次，缺点是存储容量低，大容量的非常贵。现在大容量的EMMC芯片，主要还是MLC格式。
080P录制高清视频为例，1080P60视频1秒钟的数据量大小=2200X1125X60=148.5M，视频的格式是RGB888的传输格式，摄像头过来的信号基本上是YUV4：2：2，此时1S的数据量为100M，录制一分钟的视频容量大小是100MB*60S=6GB的数据，录制一个小时视频的原始数据就是360GB。
此时录制到EMMC的数据，是视频压缩数据，一般压缩格式是H.264,此时压缩的比例为60:1，此时一个小时占据的存储大小也是6GB。
划分32GB容量大小给到行车记录仪进行录制，此时相当于可以录制5个小时左右的视频就需要进行强制覆盖了。一天24小时，也即是可以进行4次左右的覆盖，按照3000次额擦写寿命，也就是可以满足750天的使用寿命，这个时候完全达不到车厂要求的10年的寿命周期要求。
此时可以这样选择，把32GB的MLC存储空间配置为16GBSLC格式，这个时候虽然存储空间减少为了一半，只有16GB，但是可以支持的擦写次数变为60000次了，此时计算出来，可以满足17.86年的循环使用寿命。
由于智能座舱需要支持类似行车记录仪等大数据的读写存储，存储要求较高，需要支持灵活配置SLC。动态磨损均衡技术可以延长闪存的使用寿命。
闪存需要擦除后再写入新的数据，被频繁修改的数据叫做热数据，不经常修改的数据叫做冷数据。已被擦写次数较少的块叫做Youngblock，已被擦写次数较多的块叫做Oldblock。
WearLeveling技术通过均衡闪存中的擦写操作来延长其使用寿命，并分为动态和静态，本地和全局。动态磨损均衡可将新数据写入free的page中，而将旧数据标记为invalid等待垃圾回收擦除。
动态磨损均衡存在一个弊端是冷数据的擦写次数较少但无法用来做磨损均衡。另外，烧录也是一个痛苦的过程，通过提前烧录可以避免后期出现软件丢失的问题。
而且，TLC制程在SMT时电压容易发生轻微放电而修改电压等级，而SLC则不会容易出现此问题。因此，在eMMC中，掉程序的都是MLC制程以上的，数据翻转都是1修改为0。
目前西部数据的汽车级芯片，支持100%的预烧录，完全保证用户使用安全，避免SMT掉数据的风险，解决用户后顾之忧。
3、西部数据 iNANDATEU312UFS充当智能座舱存储的“白马王子”
3.1高容量（存储容量范围从16G-256GB可选）
该系列拥有不同容量配置，可满足不同阶段产品的存储容量需求。存储容量可达16GB-256GB，车型不同可选择不同配置，例如采用高通8155或8295配置时，可选择128GB或256GB配置。
3.2高可靠性
产品采用64层3DNANDTLC闪存技术，支持比2DNAND更长的生命周期，并通过IATF16949认证和符合AEC-Q100标准，遵守ISO26262 NAND闪存安全机制指南，并提供先进的汽车功能，例如：运行状况监控、热管理、自动和手动读取刷新、电源管理、高效的数据保护和纠错技术。
3.3高速度
采用优化的3DNAND技术和快速的UFSv2.1接口，EU312EFDs的iNAND读写性能卓越，能够满足数据密集型汽车应用程序的嵌入式存储需求。写入速度为550MB/s，读速为800MB/s，满足现在智能座舱的读写速度。
3.4灵活的汽车特殊功能
产品包括高级运行状况状态监视器、增强的电源故障保护、快速启动、增强的SLCLUN和OEM可配置的启动分区。这些功能对于智能座舱来说非常重要。
选择西部数据存储芯片，安全可靠。西部数据具有30多年的闪存开发和系统设计经验，支持整个产品生命周期。同时，在车载存储方面提供PCN和EOL支持，提供汽车行业专有的生产部件批准程序(PPAP)文件，iNANDAT系列专为高可靠性车载应用而设计，整个制造流程中DPPM都非常低。