Autoteollisuuden järjestelmissä edellytetään välitöntä käynnistystä. Tämän takia tulevaisuuden ajoneuvoissa ja lopulta robottiautoissa vaaditaan nykyistä nopeampia muistiratkaisuja. Niitä kehittää KIOXIA.

Tällä hetkellä autoteollisuus on useiden markkinoita määrittävien muutosten kynnyksellä, joita ohjaavat sähköistyminen ja ajoneuvojen älykkyyden kasvu. Sähköautojen (EV) yleistyessä ja autojen kehittyessä samanaikaisesti hienostuneiksi, ohjelmisto-ohjatuiksi laitteiksi, datan rooli on tärkeämpi kuin koskaan. Ajoneuvojen muuttuminen digitaalisiksi alustoiksi on avannut valtavia innovointimahdollisuuksia, jotka voivat parantaa liikenneturvallisuutta ja tarjota uutta toiminnallisuutta, joka puhuttelee kuluttajia. Tämä kuitenkin tuo mukanaan merkittäviä haasteita – erityisesti datan tallennuksen alueella.

Jotta autoteollisuuden seuraava kehitysvaihe voi onnistua, kaikkien ratkaisujen on oltava tehokkaita, skaalautuvia, turvallisia ja kyettävä tarjoamaan oikea määrä innovaatioita samalla, kun ne auttavat alaa navigoimaan jatkuvien haasteiden ja säädösten parissa. Datan tallennusratkaisut ovat ratkaisevan tärkeitä, jotta ajoneuvojen älykkyys pystyy vastaamaan kehittyvän autoteknologian asettamiin vaatimuksiin. Tallennusratkaisujen suunnittelu ja valinta autoteollisuuden tarpeisiin edellyttävät syvällistä ymmärrystä sekä nykyisistä että tulevista näkymistä.

Kasvavat datavaatimukset ja niiden vaikutukset autoteollisuuden suunnittelijoihin

Pyrkimys älykkäämpään ajoneuvoturvallisuuteen on johtanut siihen, että ajoneuvoihin on sisällytetty yhä enemmän kehittyneitä kuljettajaa avustavia järjestelmiä (ADAS), kuten automaattinen hätäjarrutus (AEB), mukautuva vakionopeudensäädin (ACC) ja kaistavahti (LKA). Näiden järjestelmien turvallinen toiminta edellyttää laajaa valikoimaa kuvantamis-, tutka-, LiDAR- ja muita havainnointiteknologioita, jotka tuottavat huomattavia määriä dataa. Tämä data on tallennettava nopeasti ja analysoitava ohjauselektroniikan avulla. Laajentuneen ADAS-integraation seurauksena modernien ajoneuvojen tallennusvaatimukset ovat kasvaneet eksponentiaalisesti.

Viimeisen vuosikymmenen aikana viihdejärjestelmien toiminnallisuus on myös kehittynyt. Nykyään kuluttajat arvostavat ominaisuuksilla rikastettuja ohjaamoja, jotka tarjoavat väriä vaihtavia sisätiloja, älykästä ilmastointia ja suuria LCD-näyttöjä. Näiden päivitysten sisällyttäminen tulee kuitenkin hintansa kanssa.

Modernien ajoneuvojärjestelmien tuottaman datan määrä on hämmästyttävä, ylittäen sen, mitä vielä vuosikymmen sitten pidettiin mahdollisena. Olemme nopeasti siirtyneet autoista, joissa oli alle gigatavu tallennustilaa 2000-luvun alussa, kymmeniin gigatavuihin 2010-luvulla ja nykyään satoihin gigatavuihin 2020-luvulla.

Ohjelmistopohjaisten ja autonomisten ajoneuvojen toteutuksen monimutkaisuus

Ohjelmistopohjaisten ajoneuvojen (SDV) käsite herättää kiinnostusta monissa autoteollisuuden valmistajissa, sillä se tarjoaa mahdollisuuden tarjota kuluttajille personoituja kokemuksia ja päivitysmahdollisuuksia, avaten uusia liiketoimintamahdollisuuksia auton alkuperäisen myynnin jälkeen. Kuluttajat ovat jo tottuneet tähän mukautuvuuteen ja ohjelmistovetoiseen kehitykseen älypuhelimien ja tietokoneiden kautta, ja aivan kuten nämä markkinat ovat menestyneet, myös autoteollisuus voisi kokea vastaavia hyötyjä.

SDV-ajoneuvojen menestys riippuu kuitenkin kyvystä kehittää autoja, joissa on riittävästi laskentatehoa ja datan tallennuskapasiteettia tulevien ominaisuuksien integroimiseksi, samalla kun tuotantokustannukset pysyvät hallinnassa. Esimerkiksi, jos valmistaja haluaa lisätä tulevaisuudessa uusia ominaisuuksia, kuten 3D-navigoinnin tai sisäänrakennettujen kameroiden käyttämisen kojelautakameroina, suunnittelijoiden on varmistettava, että tallennusjärjestelmällä on tarvittava nopeus, kaistanleveys ja kapasiteetti näiden toimintojen tukemiseen tehokkaasti. Näin ollen autoteollisuuden valmistajat voivat omaksua SDV-konseptin vain, jos datan tallennusmarkkinat pystyvät tarjoamaan edullisia ratkaisuja, jotka vastaavat myös tulevia teknisiä vaatimuksia.

Autonominen ajaminen eli robottiauto on toinen konsepti, joka osoittautuu autoteollisuudelle haastavaksi toteuttaa. Säädökset ovat välitön este, joka voi tehdä järjestelmien testauksesta ja varmentamisesta pitkiä ja kalliita prosesseja. Myös riskit hidastavat kehitystä, sillä valmistajat (OEM) pelkäävät oikeudenkäyntejä, jos autonomiset ajoneuvot aiheuttavat liikenneonnettomuuksia. Valmistajat ovat varovaisia myös impulsiivisuuden suhteen, sillä kuljetusalalla on lukuisia tapauksia, joissa yritykset ovat yrittäneet "hypätä" eteenpäin huolellisen etenemisen sijaan, mikä on johtanut takaiskuihin ja epäonnistumisiin, ja joissakin tapauksissa jopa kuluttajien pysyvään luottamuksen menetykseen.

Tästä huolimatta tämänhetkinen merkittävin tekninen haaste on saavuttaa riittävä laskentatehon, havainnointikyvyn ja ohjelmistokehityksen taso, jotta autonomiset ajoneuvot pystyisivät navigoimaan monimuotoisissa ympäristöissä, ei vain hyvin merkityillä moottoriteillä ja kaupunkialueilla.

Viime vuosina on käynyt ilmeiseksi, että edistyneempien ADAS-järjestelmien ja tasojen 4 ja 5 autonomisten ajoneuvojen saavuttamiseksi autovalmistajien on käytännössä luotava "palvelin pyörillä". Tämä on uskomattoman monimutkainen tehtävä, joka kattaa sekä raakalaskentatehon että järjestelmäarkkitehtuurin. Autonomisen ajamisen edistyneet ominaisuudet, kuten reaaliaikainen toiminta ja monimutkaiset prosessointitarpeet, tekevät keskitetystä arkkitehtuurista nykyisiä hajautettuja tai toimialuepohjaisia lähestymistapoja sopivamman. Tämä kehitys mahdollistaa havainnointi-, päätöksenteko- ja ohjausjärjestelmien paremman integroinnin, mutta vaatii suorituskykyisiä ja optimoituja tallennusteknologioita.

Tallennusratkaisujen suunnittelu autoteollisuudelle

Ajoneuvojen tallennusratkaisujen tarpeet ovat kehittyneet, ja ne edellyttävät laajempia lämpötila-alueita, parempaa tärinänkestävyyttä, reaaliaikaisen käsittelyn kykyä, nopeampia käynnistysaikoja sekä ainutlaatuisia luku-/kirjoitusoperaatioita verrattuna yritys- tai kuluttajamuistiin. Tämän seurauksena ala omaksuu räätälöityjä teknologioita, jotka pystyvät vastaamaan sen vaatimuksiin, auttavat edistämään innovaatioita, mahdollistavat tulevat päivitykset SDV-ajoneuvoihin ja takaavat pitkän saatavuuden, joka vastaa teollisuuden pidennettyjä tuotesyklejä.

Autoteollisuuden jatkuvasti kehittyvän markkinan ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää oikeiden ratkaisujen tarjoamiseksi. KIOXIA on vuosikymmenien ajan ollut sitoutunut tähän tavoitteeseen, toimittaen laajan valikoiman tuotteita, jotka kykenevät toimimaan laajennetuissa lämpötilaolosuhteissa ja täyttävät AEC-Q100-standardin vaatimukset.

Tällä hetkellä ala on riippuvainen kahdesta keskeisestä NAND Flash -muistin muodosta – sulautettu e-MMC-kortti ja universaali flash-muisti eli UFS. Tulevaisuuden ajoneuvot voivat tutkia vaihtoehtoisia tallennusvälineitä, kuten SSD-levyjä, mutta tällä hetkellä irrotettavia tallennusvaihtoehtoja vältetään, koska on huoli tallennuslaitteen irtoamisesta.

Vaikka e-MMC on vakiintunut standardi vuodesta 2007 lähtien, se on edelleen suosittu valinta vähemmän vaativille autoteollisuuden järjestelmille ja sitä tullaan käyttämään edelleen vuosia sen alhaisten kustannusten ja pienempien tallennuskapasiteettien ansiosta. Kuitenkin e-MMC:n siirtonopeus on rajoitettu enintään 400 MB/s sen rinnakkaisliitännän vuoksi, eikä se enää vastaa autoteollisuuden kasvaviin vaatimuksiin.

Sen sijaan UFS 3.1 sopii hyvin autoteollisuuden kasvaviin vaatimuksiin, tukien kaikkea digitaalisista ohjaamoista ja viihdejärjestelmistä ja tarjoten skaalautuvuuden, joka vastaa modernien ajoneuvojen kasvavia datatarpeita. Sarjaliitännällä varustettu UFS 3.1 mahdollistaa täysduplex-viestinnän, joka mahdollistaa samanaikaiset luku- ja kirjoitusoperaatiot, ja saavuttaa siirtonopeuden 2320 MB/s. Tämä suorituskyky ylittää e-MMC:n. Kuitenkin seuraavan sukupolven ajoneuvoja varten tarvitaan edelleen edistyneempiä ratkaisuja.

Uudet muistit tukevat ajoneuvojen kehityksessä

Vastatakseen tulevien tason 4 ja 5 autonomisten ajoneuvojen sekä SDV-ajoneuvojen tarpeisiin KIOXIA on esitellyt alan ensimmäiset UFS version 4.0 flash-muistilaitteet. Verrattuna nykyisiin UFS 3.1 -laitteisiin, näillä laitteilla on suurempi maksiminopeus, 4640 MB/s, ja ne sisältävät uusia ominaisuuksia, jotka on suunniteltu palvelemaan paremmin seuraavan sukupolven ajoneuvoja.

Toisin kuin kuluttaja- ja yritystason tallennussovelluksissa, välitön käynnistys on lähes kaikissa autoteollisuuden järjestelmissä välttämätön. KIOXIA:n UFS 4.0 -laitteet sisältävät High-Speed Link Startup Sequence (HS-LSS) -ominaisuuden, joka mahdollistaa nopeamman Link Startup -yhteyden laitteen ja isännän välillä nopeudella HS-G1 Rate A (1248 MB/s) verrattuna perinteisiin UFS-laitteisiin. Tämä auttaa vähentämään linkin käynnistysaikaa 70 prosenttia (kuva 1).

Kuva 1. UFS 4.0 tarjoaa huomattavasti lyhyemmän käynnistysajan verrattuna e-MMC- ja UFS 2.1/3.1 -ratkaisuihin (Lähde: KIOXIA).

Turvallisuuskriittisissä toiminnoissa, kuten ajoneuvojen ohjausjärjestelmissä, järjestelmän eheys on ensiarvoisen tärkeää. Tämän vaatimuksen täyttämiseksi UFS 4.0 sisältää sisäänrakennetun virkistysominaisuuden (Refresh Feature), joka parantaa datan luotettavuutta päivittämällä heikentynyttä dataa ja estää tietojen korruptoitumisen myös ajoneuvojen vaativissa käyttöympäristöissä. Lisäksi laajennettu diagnoositoiminto (Diagnosis Feature) mahdollistaa käyttäjille pääsyn tärkeisiin tietoihin UFS-laitteesta, mikä mahdollistaa ennakoivien toimenpiteiden toteuttamisen.

UFS 4.0 hyödyntää myös KIOXIA:n kahdeksannen sukupolven BiCS FLASHTM 3D -teknologiaa, joka tarjoaa paremman suorituskyvyn ja tallennustiheyden verrattuna aiempiin sukupolviin. Näiden toimintojen yhdistelmä muodostaa tuotteen, joka on suunniteltu erityisesti autoteollisuuden tarpeisiin eikä vain mukautettu siihen. UFS 4.0:n suorituskyky ja ominaisuudet tasoittavat tietä autonomisille ajoneuvoille ja keskitetylle arkkitehtuurille, kun taas sen tallennustiheydet 28, 256 ja 512 gigatavua tarjoavat kustannustehokkaita ratkaisuja ajoneuvojen integrointiin. Tämä mahdollistaa uusien ominaisuuksien lisäämisen ohjelmistopohjaisiin ajoneuvoihin tulevaisuudessa.

Lopuksi

SDV-ajoneuvojen ja autonomisten autojen laajamittaisen käyttöönoton avain piilee perustaustateknologioiden, kuten prosessorien ja flash-muistin, rajojen työntämisessä, jotta kustannuksia voidaan alentaa ja suorituskykyä parantaa. Nykyisillä markkinoilla kuitenkin esiintyy rinnakkain sekä perinteisiä ajoneuvoja että innovatiivisia premium-malleja, jotka tulevat säilymään nähtävissä tulevaisuudessa.

Siksi autoteollisuus tarvitsee sekä pitkäikäisiä e-MMC-ratkaisuja että suorituskykyyn tähtääviä UFS-ratkaisuja. Laitteita, jotka on täysin optimoitu autoteollisuuden käyttöön ja joissa on räätälöityjä ominaisuuksia ja suunnitteluja, jotka vastaavat markkinoiden tuotetarpeita ja pitkäikäisyyttä – tämä on jotakin, mitä KIOXIA pyrkii aina tarjoamaan autoteollisuuden flash-muistivalikoimallaan.