存储芯片,又称半导体存储器,是以半导体电路作为存储媒介的存储器,用于保存二进制数据的记忆设备,是现代数字系统的重要组成部分。
随着汽车智能化、网联化的发展,车辆需要处理和存储更多的视频、语音等数据信息,这使得汽车对存储芯片的需求和性能要求不断增加,因此,汽车产业逐渐成为存储芯片重要的市场增长领域。
存储芯片,虽然在汽车芯片中占比最低,但需求不断增加。来自前瞻产业研究院数据,2019年仅占7%。汽车智能化、网联化,车辆处理、存储数据量剧增,据Counterpoint Research预测,未来10年单车存储容量将达2TB-11TB。另据财联社,2017年单车存储设备硬件成本仅20美元左右,待发展到自动驾驶L4/L5级别,成本预计可至300-500美元。
汽车智能化和车联网加速了汽车存储的应用,尤其是图像传感器的数量和分辨率不断提升,提升数据存储需求。随着技术越来越发达,未来智能汽车,尤其是无人驾驶,将不仅仅是交通工具,更是信息汇总、数据中心和传输中心,对于数据和处理能能力的要求也会越来越高。预计汽车存储系统随着智能化水平提升容量和性能将实现快速增长,汽车将成为存储器步入千亿美金市场的核心因素。
高级别自动驾驶汽车对汽车内存容量、密度和带宽提出了巨大的需求
目前汽车市场主要的存储应用包括DRAM(DDR、LPDDR)和NAND(e.MMC和UFS等)。低功耗LPDDR和NAND将成为主要增长引擎,用于芯片启动的NOR Flash需求将持续增加。此外,更高的智能驾驶水平将直接影响对GDDR的需求,GDDR是专用于汽车ADAS浮点运算芯片的RAM。
更强大的传感器、ADAS/AD集成系统、中央计算机、数字座舱、事件记录系统、端云计算、车载FOTA等都对汽车内存提出了更高的要求。一方面,内存容量将从千兆字节 (GB) 上升到太字节 (TB);另一方面,内存密度和带宽将大大提高。
例如,NAND Flash在ADAS、IVI系统、汽车中控系统等中主要存储连续数据,随着自动驾驶水平的提升,ADAS对NAND容量的需求也随之膨胀。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。未来,高级自动驾驶汽车的数据生产、传输和记录将需要更高的密度和速度,因此可能会采用PCIe SSD。
自动驾驶汽车拥有越来越多的内部和外部感知设备,包括前置摄像头、内部摄像头、高分辨率成像雷达、LiDAR 等,它们将利用高密度 NOR Flash(QSPI、xSPI 等)进行芯片启动) 和 DRAM(LPDDR3/4、LPDDR5、GDDR 等)广泛应用。
目前,L1-L2级自动驾驶汽车多采用LPDDR3或LPDDR4,带宽为25-50GB/s。L3自动驾驶带宽要求提升至200GB/s,L4提升至300GB/s,L5提升至500GB/s。因此,具有更高带宽的 LPDDR5 和 GDDR6 可以简化高级别自动驾驶汽车的系统设计。
Counterpoint数据显示,未来十年,单车内存容量将达到2TB~11TB,满足不同自动驾驶级别的需求。
同时,自动驾驶是由数据驱动的。ADAS平台的开发需要摄像头、雷达、激光雷达、GPS等海量路测数据。这些数据被上传到云端,用于存储、AI训练、仿真测试和验证。一个小时的L2或L4-L5路测大概会对应产生2TB或16-20TB的数据,所以单次路测会产生8-60TB的数据,整个开发周期会产生EB级的数据.
这引发了对自动驾驶云存储的巨大市场需求。在国内,提供自动驾驶数据云存储产品解决方案的云服务商有很多,包括腾讯云、阿里云、WD My Cloud、曙光ParaStor、YRCloudFile、XSKY等。
随着智能座舱的功能越来越多样化,对更大存储容量的需求不断增加,存储技术不断创新,随着中央集成数字座舱的广泛应用,DRAM从DDR2、DDR3发展到LPDDR4、LPDDR5或GDDR。另外,手机接口已经从eMMC向UFS转移,智能座舱存储芯片也将如此。高端机型也有可能采用PCIe SSD。
UFS和eMMC接口的内核都涉及到NAND flash,但它们的控制接口遵循不同的协议。eMMC 的最大通信速率为 400MB/s,相对于 UFS 的 1,160MB/s。通信速度直接影响车辆的启动时间和软件加载时间,从而提供不同的体验。为应对更快的启动和读写需求,驾驶舱领域的存储至少要支持UFS2.1。高通第三代8155座舱SoC已经支持UFS接口。
新上市车型的智能座舱展示了日益强大的存储能力:
2020年推出的小鹏P7搭载高通骁龙820A,8G内存+128GB运存,支持用户下载更多车载App,支持小程序扩展,实用性和趣味性并重;
下一代基于SA8155P的ZEEKR智能座舱,将于2021年亮相的ZEEKR 001搭载7nm工艺8核CPU,16G内存+128GB存储。
2022年亮相的立L9标配两颗高通骁龙8155芯片,24G内存+256GB高速存储,共同构成强大的计算平台。
车载各系统需求迭起
中国公司占据70%市场
结构性增长驱动NOR Flash产品需求,其应用在汽车电子中极为多元。当前汽车存储行业存在以下结构性增长机会:一方面系统复杂性的提升提出更高的片外存储需求,另一方面越来越多的应用场景要基于高性能的处理单元,驱动了MCU、GPU、MPU、SoC对程序和参数的存储需求和FPGA对结构化数据的存储需求。从应用场景来看,汽车ADAS系统、仪表系统、巡航系统和SOTA的升级均需可靠的NOR Flash存储。
相较于DRAM和NAND Flash,NOR Flash体量较小,从竞争格局来看,中国旺宏、华邦电和兆易创新占领了绝大多数的市场份额,2016、2017年美光科技、赛普拉斯相继宣布退出部分NOR Flash市场竞争而渐渐淡出,NOR Flash芯片的市场份额逐渐把控在中国台湾旺宏、华邦电和中国大陆兆易创新三家企业中,2020年,华邦电、旺宏和兆易创新市占率排名前三,占比分别为25.4%、22.5%、15.6%。
兆易创新GD25 SPI NOR Flash 全面满足车规级AEC-Q100认证,GD25车规级存储全系列产品已在多家汽车企业批量采用,主要应用于车载辅助驾驶系统、车载通讯系统、车载信息及娱乐系统、电池管理系统等,为市场提供全国产化车规级闪存产品。
预计汽车存储系统随着智能化水平提升容量和性能将实现快速增长,汽车将成为存储器步入千亿美金市场的核心因素。20世纪70年代起,DRAM进入商用市场,并以其极高的读写速度成为存储领域最大分支市场;功能手机出现后,迎来NOR Flash市场的爆发;进入PC时代,人们对于存储容量的需求越来越大,低成本、高容量的NAND Flash成为最佳选择。
智能化时代里,万物智联,存储行业市场空间将进一步加大,对数据存储在速度、功耗、容量、可靠性层面也将提出更高要求。而DRAM虽然速度快,但功耗大、容量低、成本高,且断电无法保存数据,使用场景受限;NOR Flash和NAND Flash读写速度低,存储密度受限于工艺制程。市场亟待能够满足汽车等新场景的存储器产品,性能有着突破性进展的新型存储器即将迎来快速增长期。
存储方面,我国北京君正、兆易创新产品均已导入车用市场。北京君正收购北京矽成后进入车载存储芯片领域,已于博世汽车、大陆集团等下游车企达成紧密合作;汽车智能化程度的提高和相关技术的不断升级,也将带来除存储芯片之外的其他各类车载芯片的需求增长,北京矽成专注在汽车及工业领域的多年芯片研发经验将在智能驾驶时代迎来新的发展前景。