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潛力無限的汽車存儲芯片,正在迎來新機(jī)遇

2023-03-29 來源:半導(dǎo)體芯聞
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關(guān)鍵詞: 存儲芯片 半導(dǎo)體 汽車芯片

存儲芯片,又稱半導(dǎo)體存儲器,是以半導(dǎo)體電路作為存儲媒介的存儲器,用于保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備,是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。


隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展,車輛需要處理和存儲更多的視頻、語音等數(shù)據(jù)信息,這使得汽車對存儲芯片的需求和性能要求不斷增加,因此,汽車產(chǎn)業(yè)逐漸成為存儲芯片重要的市場增長領(lǐng)域。


存儲芯片,雖然在汽車芯片中占比最低,但需求不斷增加。來自前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),2019年僅占7%。汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化,車輛處理、存儲數(shù)據(jù)量劇增,據(jù)Counterpoint Research預(yù)測,未來10年單車存儲容量將達(dá)2TB-11TB。另據(jù)財聯(lián)社,2017年單車存儲設(shè)備硬件成本僅20美元左右,待發(fā)展到自動駕駛L4/L5級別,成本預(yù)計可至300-500美元。

汽車智能化和車聯(lián)網(wǎng)加速了汽車存儲的應(yīng)用,尤其是圖像傳感器的數(shù)量和分辨率不斷提升,提升數(shù)據(jù)存儲需求。隨著技術(shù)越來越發(fā)達(dá),未來智能汽車,尤其是無人駕駛,將不僅僅是交通工具,更是信息匯總、數(shù)據(jù)中心和傳輸中心,對于數(shù)據(jù)和處理能能力的要求也會越來越高。預(yù)計汽車存儲系統(tǒng)隨著智能化水平提升容量和性能將實現(xiàn)快速增長,汽車將成為存儲器步入千億美金市場的核心因素。




高級別自動駕駛汽車對汽車內(nèi)存容量、密度和帶寬提出了巨大的需求

目前汽車市場主要的存儲應(yīng)用包括DRAM(DDR、LPDDR)和NAND(e.MMC和UFS等)。低功耗LPDDR和NAND將成為主要增長引擎,用于芯片啟動的NOR Flash需求將持續(xù)增加。此外,更高的智能駕駛水平將直接影響對GDDR的需求,GDDR是專用于汽車ADAS浮點運(yùn)算芯片的RAM。

更強(qiáng)大的傳感器、ADAS/AD集成系統(tǒng)、中央計算機(jī)、數(shù)字座艙、事件記錄系統(tǒng)、端云計算、車載FOTA等都對汽車內(nèi)存提出了更高的要求。一方面,內(nèi)存容量將從千兆字節(jié) (GB) 上升到太字節(jié) (TB);另一方面,內(nèi)存密度和帶寬將大大提高。

例如,NAND Flash在ADAS、IVI系統(tǒng)、汽車中控系統(tǒng)等中主要存儲連續(xù)數(shù)據(jù),隨著自動駕駛水平的提升,ADAS對NAND容量的需求也隨之膨脹。一般L1/L2 ADAS只需要主流的8GB e-MMC,L3需要128/256GB,L5可能涉及2TB以上。未來,高級自動駕駛汽車的數(shù)據(jù)生產(chǎn)、傳輸和記錄將需要更高的密度和速度,因此可能會采用PCIe SSD。

自動駕駛汽車擁有越來越多的內(nèi)部和外部感知設(shè)備,包括前置攝像頭、內(nèi)部攝像頭、高分辨率成像雷達(dá)、LiDAR 等,它們將利用高密度 NOR Flash(QSPI、xSPI 等)進(jìn)行芯片啟動) 和 DRAM(LPDDR3/4、LPDDR5、GDDR 等)廣泛應(yīng)用。

目前,L1-L2級自動駕駛汽車多采用LPDDR3或LPDDR4,帶寬為25-50GB/s。L3自動駕駛帶寬要求提升至200GB/s,L4提升至300GB/s,L5提升至500GB/s。因此,具有更高帶寬的 LPDDR5 和 GDDR6 可以簡化高級別自動駕駛汽車的系統(tǒng)設(shè)計。

Counterpoint數(shù)據(jù)顯示,未來十年,單車內(nèi)存容量將達(dá)到2TB~11TB,滿足不同自動駕駛級別的需求。

同時,自動駕駛是由數(shù)據(jù)驅(qū)動的。ADAS平臺的開發(fā)需要攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)、GPS等海量路測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被上傳到云端,用于存儲、AI訓(xùn)練、仿真測試和驗證。一個小時的L2或L4-L5路測大概會對應(yīng)產(chǎn)生2TB或16-20TB的數(shù)據(jù),所以單次路測會產(chǎn)生8-60TB的數(shù)據(jù),整個開發(fā)周期會產(chǎn)生EB級的數(shù)據(jù).

這引發(fā)了對自動駕駛云存儲的巨大市場需求。在國內(nèi),提供自動駕駛數(shù)據(jù)云存儲產(chǎn)品解決方案的云服務(wù)商有很多,包括騰訊云、阿里云、WD My Cloud、曙光ParaStor、YRCloudFile、XSKY等。

隨著智能座艙的功能越來越多樣化,對更大存儲容量的需求不斷增加,存儲技術(shù)不斷創(chuàng)新,隨著中央集成數(shù)字座艙的廣泛應(yīng)用,DRAM從DDR2、DDR3發(fā)展到LPDDR4、LPDDR5或GDDR。另外,手機(jī)接口已經(jīng)從eMMC向UFS轉(zhuǎn)移,智能座艙存儲芯片也將如此。高端機(jī)型也有可能采用PCIe SSD。

UFS和eMMC接口的內(nèi)核都涉及到NAND flash,但它們的控制接口遵循不同的協(xié)議。eMMC 的最大通信速率為 400MB/s,相對于 UFS 的 1,160MB/s。通信速度直接影響車輛的啟動時間和軟件加載時間,從而提供不同的體驗。為應(yīng)對更快的啟動和讀寫需求,駕駛艙領(lǐng)域的存儲至少要支持UFS2.1。高通第三代8155座艙SoC已經(jīng)支持UFS接口。

新上市車型的智能座艙展示了日益強(qiáng)大的存儲能力:

2020年推出的小鵬P7搭載高通驍龍820A,8G內(nèi)存+128GB運(yùn)存,支持用戶下載更多車載App,支持小程序擴(kuò)展,實用性和趣味性并重;

下一代基于SA8155P的ZEEKR智能座艙,將于2021年亮相的ZEEKR 001搭載7nm工藝8核CPU,16G內(nèi)存+128GB存儲。

2022年亮相的立L9標(biāo)配兩顆高通驍龍8155芯片,24G內(nèi)存+256GB高速存儲,共同構(gòu)成強(qiáng)大的計算平臺。




車載各系統(tǒng)需求迭起

中國公司占據(jù)70%市場


結(jié)構(gòu)性增長驅(qū)動NOR Flash產(chǎn)品需求,其應(yīng)用在汽車電子中極為多元。當(dāng)前汽車存儲行業(yè)存在以下結(jié)構(gòu)性增長機(jī)會:一方面系統(tǒng)復(fù)雜性的提升提出更高的片外存儲需求,另一方面越來越多的應(yīng)用場景要基于高性能的處理單元,驅(qū)動了MCU、GPU、MPU、SoC對程序和參數(shù)的存儲需求和FPGA對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲需求。從應(yīng)用場景來看,汽車ADAS系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、巡航系統(tǒng)和SOTA的升級均需可靠的NOR Flash存儲。

相較于DRAM和NAND Flash,NOR Flash體量較小,從競爭格局來看,中國旺宏、華邦電和兆易創(chuàng)新占領(lǐng)了絕大多數(shù)的市場份額,2016、2017年美光科技、賽普拉斯相繼宣布退出部分NOR Flash市場競爭而漸漸淡出,NOR Flash芯片的市場份額逐漸把控在中國臺灣旺宏、華邦電和中國大陸兆易創(chuàng)新三家企業(yè)中,2020年,華邦電、旺宏和兆易創(chuàng)新市占率排名前三,占比分別為25.4%、22.5%、15.6%。

兆易創(chuàng)新GD25 SPI NOR Flash 全面滿足車規(guī)級AEC-Q100認(rèn)證,GD25車規(guī)級存儲全系列產(chǎn)品已在多家汽車企業(yè)批量采用,主要應(yīng)用于車載輔助駕駛系統(tǒng)、車載通訊系統(tǒng)、車載信息及娛樂系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等,為市場提供全國產(chǎn)化車規(guī)級閃存產(chǎn)品。

預(yù)計汽車存儲系統(tǒng)隨著智能化水平提升容量和性能將實現(xiàn)快速增長,汽車將成為存儲器步入千億美金市場的核心因素。20世紀(jì)70年代起,DRAM進(jìn)入商用市場,并以其極高的讀寫速度成為存儲領(lǐng)域最大分支市場;功能手機(jī)出現(xiàn)后,迎來NOR Flash市場的爆發(fā);進(jìn)入PC時代,人們對于存儲容量的需求越來越大,低成本、高容量的NAND Flash成為最佳選擇。

智能化時代里,萬物智聯(lián),存儲行業(yè)市場空間將進(jìn)一步加大,對數(shù)據(jù)存儲在速度、功耗、容量、可靠性層面也將提出更高要求。而DRAM雖然速度快,但功耗大、容量低、成本高,且斷電無法保存數(shù)據(jù),使用場景受限;NOR Flash和NAND Flash讀寫速度低,存儲密度受限于工藝制程。市場亟待能夠滿足汽車等新場景的存儲器產(chǎn)品,性能有著突破性進(jìn)展的新型存儲器即將迎來快速增長期。

存儲方面,我國北京君正、兆易創(chuàng)新產(chǎn)品均已導(dǎo)入車用市場。北京君正收購北京矽成后進(jìn)入車載存儲芯片領(lǐng)域,已于博世汽車、大陸集團(tuán)等下游車企達(dá)成緊密合作;汽車智能化程度的提高和相關(guān)技術(shù)的不斷升級,也將帶來除存儲芯片之外的其他各類車載芯片的需求增長,北京矽成專注在汽車及工業(yè)領(lǐng)域的多年芯片研發(fā)經(jīng)驗將在智能駕駛時代迎來新的發(fā)展前景。