對於高度自動化或完全自動駕駛的汽車來說,到了2020年,需要多少記憶體才足以擷取、處理和儲存資料?

汽車和記憶體產業專家之間的共識是,連網車輛至少需要數百個10億位元組(gigabyte;GB)的資料儲存空間,甚至可能高達兆位元組(terabyte;TB)的容量。

由於預先考慮到這些需求,Western Digital (WD)在五月初推出了一款專為車用市場所設計的嵌入式快閃記憶體——產品名為iNAND 7250A,符合車用等級,訴求在車輛內部和周圍極端條件下仍能可靠地運作,甚至是在溫度低至-40℃以及高至105℃的環境。

WD預估在未來五年,汽車市場對於記憶體的需求將大幅成長。WD車用產品部門資深行銷總監Martin Booth提到,每輛車對於更高資料儲存容量的需求不再僅限於資訊娛樂系統,更多需求將會來自於自動駕輔助系統(ADAS)與自動駕駛車,提供作為智慧資料儲存子系統,從而達到更高的安全性。

20170608_automotive_NT31P1 圖1:英特爾描繪2021年的自動駕駛車樣貌 (來源:Intel)

但未來的車子需要用到TB級容量的記憶體嗎?

我們訪問了WD與業界分析師之後,整理出以下說明,首先從目前的半導體儲存需求開始。

市場研究機構The Linley Group的資深分析師Mike Demler告訴我們:「我沒有確切的統計數字,但是平均來說,目前這方面的需求相對較小,每輛車大約需要60個處理器,但大部份是8位元微控制器(MCU),每顆晶片只需要少量的快閃記憶體。」

Demler並補充說:「然而,對於那些豪華型的車子,像是Tesla,配備大型平面螢幕,在儲存需求上接近一台標準的平板電腦,大約是數十到數百GB的記憶體容量。」

資料儲存諮商公司Coughlin Associates創辦人Thomas Coughlin認為,資訊娛樂系統已經搭載了數百GB的容量,用於儲存與記憶體。若要再成長,未來須透過ADAS與更高解析度的娛樂相關應用。他說:「一般來說,會提高儲存容量需求的是視訊,包括來自車輛視覺系統與娛樂系統的需求。」

處理感測資料

無論如何,車用記憶體市場的巨大變化,就在於ADAS與自動駕駛車必須持續且即時處理的感測資料一直在增加。同樣重要的問題是必須保留多少擷取到的資料。

通常,高度自動化駕駛的車輛仰賴大量的感測器,包含高解析度(HD)攝影機與光達(lidar)系統,用來辨識周圍環境。目前已可看到搭載八台HD攝影機的高階車種,很快地也將會看到搭載光達系統的自動駕駛車。

例如,Google的自動駕駛車(如今隸屬於Waymo),每秒可以處理1GB容量的感測器資料。

WD的Booth解釋:「感測器資料會先被壓縮,然後再儲存在緩衝記憶體內。」

Coughlin解釋,自動駕駛車會處理大部份的資料,僅儲存一小部份資料。他提到:「雖然某些資料會上傳到雲端,但即時的資料處理還是得在車上進行。」

換句話說,如同Booth所指出的,當車子在路上行駛時,每秒仍需儲存數十個百萬位元組(megabyte;MB)容量的資料,之後再上傳到雲端進行資料分析。

至於車內要儲存多少資料以及儲存多長的時間,要看監管單位與原始設備製造商(OEM)如何決定。Booth補充說明:「有可能需要高達數百GB的容量。每個電子控制單元(ECU)或行車電腦系統可以依其需求使用一個或多個儲存裝置。」

HD地圖

自動駕駛車所仰賴的HD地圖將有助於帶動下一波車用資料儲存市場的高度成長。

The Linley Group的 Demler表示日前在英特爾(Intel)舉辦的自動駕駛研討會上,曾有機會與導航圖資供應商HERE交換意見。「他們並未提到儲存方面的需求數字,但從我的研究來看,大約需要數百GB,具體取決於儲存的圖資區域大小。」

Demler補充說:「未來配備Mobileye道路體驗管理系統(REM)的自動駕駛車,將會搭載固定的儲存設備,支援即時資料更新,因而將再增加儲存容量的需求。」

WD的Booth解釋:「根據公司內部預測,有些HD或3D圖資系統需要128GB到256GB的儲存容量,在未來五年還會提高到256GB或更高。」

Demler指出:「自動駕駛車的『大腦』等同於一台功能強大的電腦或小型伺服器,它們將會需要數百GB的儲存容量。」

簡言之,在接下來的五年內,Booth認為,自動駕駛系統——包含資訊娛樂系統、人工智慧(AI)資料與HD地圖,將會帶動超過0.5TB的記憶體需求。

黑盒子

再來聊聊每輛車都會有的黑盒子,它究竟需要儲存多少資料?這些資料必須在車內保存多久?

Booth談到:「這必須由主管機關來決定,不同區域(國家)的情況也不一樣。有些時候只需要儲存最後三十分鐘的影像資料,有時可能需要長達一個月。車隊管理公司通常會儲存較多資料,且保存時間較長。」

4TB資料量?

值得一提的是,英特爾正將自家公司定位為一家「資料公司」(data company),並提出自動駕駛車每天產生大約4TB資料量的看法。在與英特爾針對這點反覆進行討論後,Demler發現這是英特爾的誤解——這些資料量代表訓練測試車的需求量。他說:「即使自動駕駛車產生這麼多的資料,也不代表全部都必須儲存與上傳到資料中心。」

20170608_automotive_NT31P2 圖2:英特爾認為自動駕駛車每天產生大約4TB的資料量。但The Linley Group資深分析師Mike Demler在與英特爾討論後發現,這些資料是訓練測試車而產生的,實際需要的資料量並沒那麼多

不同類型的記憶體

當然,車內所使用的記憶體有很多 種,包含用於操作與編碼記憶體的SRAM、DRAM與EEPROM,而NOR與NAND快閃記憶體用於程式碼儲存;NAND快閃記憶體則用於操作儲存與固態硬碟型快閃記憶體,而傳統硬碟(HDD)可用於大量儲存,特別是資訊娛樂系統。

Coughlin觀察到美光(Micron)、SanDisk(現在屬於WD)、東芝(Toshiba)已經進入車用記憶體與儲存市場了。他說:「美光提供各種揮發性記憶體、NOR和NAND快閃記憶體,WD/SanDisk製造NAND快閃記憶體,東芝則提供容量高達320GB的特製硬碟,主要針對資訊娛樂應用。」

在這些廠商中,Coughlin提到美光與WD是車用市場中最廣為人知的兩大品牌。他補充:「所有的快閃記憶體供應商正積極搶進車用市場,三星也是其中之一。」

WD發現許多車款仍採用硬碟(HDD)作為儲存裝置,並預估將持續沿用至未來十年。該公司解釋,當這些硬碟被設計並應用在車上時,以快閃記憶體為基礎的車用級儲存裝置解決方案還無法提供當時所要求的容量。然而,該公司強調,如今,當快閃記憶體的容量持續提升,NAND快閃記憶體由於明顯具有穩定可靠與高效能的好處,實際上已能滿足大部份的車載要求。」

WD正致力於使其新推出的嵌入式快閃記憶體符合各種不同的汽車應用,從日趨複雜的資訊娛樂與導航系統中產生、接收與處理資料,到運用在診斷系統進行持續的處理與分析,一直到車對車(V2V)與車對基礎設施(V2I)持續進行資料串流等。

為了讓非揮發性記憶體產品通過ISO26262認證,WD提到該公司的新產品iNAND 7250A包含強化的斷電(資料)保護、全面的記憶體健康狀態監測以及進階診斷工具。

根據內部測試結果,iNAND 7250A的容量高達64GB,符合AEC-Q100 Grade 2(-40℃~105℃)與AEC-Q100 Grade 3(-40℃~85℃)的要求,搭載企業級快閃記憶體與控制器,並支援e.MMC 5.1規格、連續寫入速度高達110MB/s以及連續讀取速度高達300MB/s。

搭載TB記憶體容量所需的價格

高度自動化的車輛也許需要1TB的記憶體容量,但並非每家汽車OEM都認為如此。

未來,高度自動化車輛是否都得裝載高達TB級的記憶體容量?華創車電技術中心(Haitec)前瞻工程部資深經理陳正夫認為並非如此。他說:「我並不在意你說我們還需要多少記憶體,而是必須找到工程方案來減少所需的記憶體容量。如果我們無法供應,就不會在車上使用這麼大量的記憶體。」

整體汽車電子成本將會因導入新功能而大幅提高,例如導航與自動駕駛等。WD提到:「一般來說,這些功能只會應用在一部份特殊車款而已,例如豪華型(EX)而非基本款(LX),消費者會為了這些功能而多掏出錢來。」

WD的車用級解決方案包含eMMC規格的iNAND嵌入式快閃記憶體與SD卡。但該公司並未透露有關這些產品的營收成長預估數字。

(參考原文:Future Cars Face Terabyte Memory Load,by Junko Yoshida)