新一代汽车正面临电动化、智能化和共享化“三化”趋势,从中产生的各种新兴应用,如L3及以上级自动驾驶的高精度地图、数据、算法需要大容量存储来支持。

 

 智能驾驶带动车载数据暴涨,不同驾驶级别对应的存储容量?

 

随着特斯拉带动自动驾驶成为风口,越来越多新玩家涌入汽车领域,以百度、华为、阿里、小米为首的高科技公司,以超星未来、奥特贝睿、宏景智驾等为代表专注于私家车高阶自动驾驶研发的新型Tier1,以小马智行、文远知行、AutoX、赢彻科技、主线科技等引领的L4自动驾驶车队,还有纯电动车起家的蔚来、小鹏、理想等造车新势力纷纷入局。目前正处在L3落地的关键时期,在自动驾驶普及的趋势下,上汽、小鹏、奥迪等各龙头厂商也相继推出具备L3级自动驾驶功能的车型。

 

研究机构Counterpoint预测,预计到2025年,全球约30%的销售汽车将支持2级或以上的自动化。拥有多个传感器的先进驾驶员辅助系统(ADAS)俨然已成为自动驾驶车辆的基础。

 

 

车载系统的存储需求,资料来源:cnet

 

据了解,占据车辆车载存储数据的最大份额的是各类传感器的数据,传感器数据主要来自ADAS系统和V2X功能。其中包括:GPS接收器激光雷达超声波传感器毫米波雷达、高清摄像头等。以汽车驾驶辅助系统ADAS为例,由于需要大容量存储和高效运算支撑系统的快速反映,特别是高清的图像传输,对于存储产品的容量、性能、可靠性也提出了越来越高的需求。

 

 

自动驾驶等级提升将拉动车载存储带宽及容量需求,来源:Micron

 

根据SemicoResearch的数据,对L1和L2级而言,对于存储容量的需求差别不大,一般配置8GBDRAM和8GBNAND,而L3及以上级自动驾驶的高精度地图、数据、算法都需要大容量存储来支持,一台L3级的自动驾驶汽车将需要16GBDRAM和256GBNAND,一台L5级的全自动驾驶汽车估计需要74GBDRAM和1TBNAND。根据美光科技及中国闪存预计,L2/L3级自动驾驶汽车对内存带宽要求约为100GB/s,对DRAM和NANDFLASH的平均容量需求约为8GB和25GB。

 

 车载存储芯片玩家有哪些?

 

 

存储芯片在汽车中的应用场景分布,来源:Micron

 

车载数据量的几何式爆发也为存储芯片产业带来了巨大的机会。据了解,目前存储芯片占汽车半导体市场规模比例约8%。

 

 

2019年汽车半导体市场规模分布情况,资料来源:搜狐汽车研究室

 

随着车载存储比例越来越高,预计到2025年存储芯片占汽车半导体的比例将提升至第五位,为12%。受益于包括新能源汽车在内的驱动,汽车存储芯片市场规模2025年或达83亿美元。根据搜狐汽车研究室预测,受益于新能源汽车、5G及物联网、可穿戴设备等赋能,全球汽车存储芯片市场规模将从2016年的22亿美元增至2025年的83亿美元,2016-2025年CAGR为15.90%。

 

 

2016-2025年全球汽车年存储芯片市场规模及预测,资料来源:搜狐汽车研究室

 

汽车存储领域,目前主要玩家有三星、海力士、美光、微芯等海外存储领先厂商,我国企业兆易创新、宏旺半导体、长鑫存储和北京君正(ISSI)亦有布局。

 

 

车载存储市场份额分布,来源:IHS(2020)

 

在车载领域,存储产品不具生产标准化特点,而且对成本敏感性较低,因此竞争格局有所不同,三大行业龙头中仅美光有所投入,因此美光近年来均位居车载易失性存储领域第一名,市场份额超过40%,北京矽成位居行业第二名,市场份额约为15%,南亚科技、三星电子、SK海力士、赛普拉斯等位居其后。尽管当前市场规模尚小,各大巨头正纷纷发力汽车存储领域提前布局。三星、海力士、镁光全球存储三巨头引领存储芯片技术的发展潮流,同时在汽车ADAS、信息娱乐系统中提供多种行业解决方案,从NAND、eMMC到容量更大、读写更快的UFD、PCLeSSD,紧跟自动驾驶和车联网带来的大数据量、大带宽吞吐需求。

 

 

汽车存储芯片龙头企业与国内主要参与者,资料来源:中国市场学会(汽车)

 

虽然车载DRAM仅占整体DRAM市场的2%,但在自动驾驶、车载娱乐系统等应用的推动下,未来车载存储行业增速保持较快增长。根据咨询机构Trendforce的数据,预计2021年每辆车的DRAM用量约为4GB,随着电动汽车的逐渐普及,自动驾驶的渗透率提升,每辆汽车搭载的DRAM量将会增加,未来三年车载DRAM用量CAGR增速将超过30%。以特斯拉为例,ModelS/X使用了8GB的DRAM,而Model3则上升至14GB,预计下一代车型搭载的DRAM还将继续上升。由此可见,未来车载DRAM有充足的增长空间。

 

 

不同类型汽车存储IC对应市场规模情况,资料来源:IHS

 

2020年汽车平均DRAM用量为2.86GB,预计至2023年平均DRAM用量将增长至6.97GB。例如,特斯拉已配备8颗LPDDR4运行内存颗粒,随着升级换代将进一步增加内存容量。汽车DRAM芯片市场规模将进一步扩大。

 

 

特斯拉Autopilot硬件3.0,资料来源:Tesla

 

 车载存储的门槛有多高?

 

为何车载存储的玩家这么少?因为车规级芯片相对消费级壁垒更高。从技术和产品性能的要求上,车规级和工业级芯片对产品的可靠性、一致性、外部环境兼容性等方面的要求均比消费级芯片更为严格。进入汽车供应链Tire1、Tire2车厂前要求通过AECQ100、TS16949认证,存储使用寿命要求达到5年或10年,汽车环境往往温差在100℃以上,同时还要具有防震、抗摔等特性。具体而言,消费级一般为0~70摄氏度、车规级一般为-40~125摄氏度);使用寿命方面,汽车的使用年限,消费级一般为1-3年,车规级则可能达到7-15年或以上;车规级芯片对振动、冲击、EMC电磁兼容性能等也有着更高要求。

 

 

车规级芯片要求更高,资料来源:公司公告

 

此外,汽车芯片认证周期长。在汽车电子领域,可靠性关乎市场存亡,且相较消费电子有更为严苛的温宽要求,认证壁垒极高,一般一款芯片需要至少一年半的认证周期后,方可进入整车厂供应链。

 

 

汽车芯片认证周期,资料来源:ICShare

 

 

车载存储更加注重性能、品质和可靠性,资料来源:研讯社

 

 车载存储技术趋势,容量和速度哪个更重要?

 

据TrendForce数据显示,至2024年,车载信息娱乐系统仍然是车用DRAM消耗的主要应用领域,DRAM会从DDR32/4GB向LPDDR48GB靠拢。展望未来,车互连与通讯和车联网的必要性上升,随着频宽越来越重要,DRAM规格也将由以往的LPDDR2逐步导入LPDDR4/5。

 

 

ElonMusk展示的ModelS图片

 

以车载娱乐系统为例,以往通常以音视频播放等需求为主,而随自动驾驶等功能强化,未来可能会诞生游戏等娱乐需求,如特斯拉创始人ElonMusk展示了ModelS搭载3A游戏的照片,未来随各类运算需求的拓展,随之而来的是数据存储用量的提升。从车载存储的技术来看,以往车载Flash存储器多为eMMC,数据存储用量提升后,性能更好的UFS存储有望逐渐渗透。

 

此外,随着自动驾驶等级的提升,DRAM有望从DDR3向LPDDR4,再向LPDDR5甚至GDDR6演进。LPDDR5的数据访问速度提高50%,能效提高20%,能够满足数据密集型需求,使得车辆具备近乎实时的边缘处理能力。

 

 

汽车Nand存储技术发展趋势,资料来源:Kioxia

 

随着自动驾驶级别的提高,将对存储的带宽和容量提出更高的要求,汽车存储芯片的价值量会随之提升。对于L3ADAS,选择LPDDR5将大大简化系统,需要9个DRAM即可提供224GB/s的带宽。而对于L4ADAS,带宽要求上升到300GB/s。在此级别,以6.4Gb/s的速度运行的LPDDR5接口将需要12个DRAM,可能会造成SoC布局出现问题,需要GDDR6进行设计。5个GDDR6DRAM以16Gb/S的速度运行,可提供超过300GB/s的带宽,8个GDRR6DRAM设备即可轻松满足L5ADAS所需的500GB/s的速度。

 

 

当代车对存储的需求,资料来源:SKHynix

 

 政策落地,特斯拉在华数据何去何从?

 

每天产生如此海量的数据,这些数据究竟去哪了?也难怪部分消费者会对特斯拉产生疑虑,因为以往特斯拉大量的数据都是上传到云端服务器,本地并未保存。

 

自动驾驶的落地和普及,使数据的安全性和可靠性将成为相关法规及保险责任考量的关键因素,数据的可靠性及安全性凸显;为适应自动驾驶的需求,雷达和摄像头部署在车上,行车过程会产生大量的数据,海量数据存储成为必须;为防止数据丢失,高性能、大带宽的存储成为行业诉求;而随着电子电气架构向域及中央控制单元转变,应用的融合对存储的要求也变得复杂,不再是单一的读或写。当大数据将变成未来交通的重要的驱动力,这样的变化对车内及边和云的数据存储提出了更高的要求,也给存储领域提出了巨大的挑战。

 

2021年4月22日,中国汽车工业协会针对“特斯拉车主车顶维权”一事表示,数据的公开是能够完整地还原事实的真相。同时,中国汽车工业协会称,即便特斯拉及时提供了相关数据,如何证明所提供数据没有被企业删除或者篡改将是未来车企不可回避的一道难题,此外,中国汽车工业协会还表示,在发生事故后,车企应及时向有关部门提交涉及事故的完整数据,通过专业的方式进行检测认定,采取务实的举措解决消费者的合理维权诉求。未来将针对智能网联汽车涉及的不同数据类型,进一步完善智能网联汽车的数据监管体系。

 

几乎在同一时间,特斯拉公布事发前1分钟行车数据,广大消费者和汽车行业从业人员围绕这组数据展开了大讨论。不少业内人士表示,2021年4月7日,工业和信息化部发布的《智能网联汽车生产企业及产品准入管理指南(试行)》(征求意见稿)就非常及时。《指南》要求“在我国境内运营中收集和产生的个人信息和重要数据应当按照有关规定在境内存储。因业务需要,确需向境外提供的,应向行业主管部门报备”。发生事故后车企及时向有关部门提交相关数据,这应该只是一个过渡阶段的措施,未来的智能汽车重要数据可能需要定期上传到由相关部门监管的数据中心,而不是等到出了事故后再提交。

 

在刚刚举行的2021年世界互联网大会,马斯克视频连线表示,自动驾驶将完全可以通过神经视觉网络实现。特斯拉已经在中国建立数据中心,所有数据都会储存在中国,只有少量订单数据在获得批准后才会出境,未来特斯拉将会在中国持续进行投资。

 

对于智能网络汽车的数据安全,马斯克表示,数据安全是智能网联汽车成功的关键,特斯拉乐于看到相关法律的出台。特斯拉已经在中国建立起数据中心,用来储存中国业务所产生的所有数据,包括生产、销售、服务和充电数据等。所有个人信息均储存在中国,只要当客户从海外订购备件时,个人数据才会被传输到海外。

 

实际上,相比特斯拉,更多的汽车制造商更喜欢将数据存储在本地,因为汽车生成的数据量相对较少。但随着向L4-L5自动化演进,云计算和边缘计算战略的结合可能将占上风。大数据集高速实时处理要求高带宽成本安全和隐私问题向网络传输数据的成本将成为决定数据传输方式和内容的决定性因素。例如,对于车企来说,一天将L4-L5级自动驾驶汽车的所有数据传输到云端的成本可能高达数千美元。对于整个车队来说,这不太可能是可行的解决方案,这为车载存储创造了巨大的机会。