车载大算力需求背后:存储芯片的“背刺”?

发布时间:2023-02-21  

算力,到底意味着什么?


百度百科定义中,“算力”(或称作“哈希率”,HashRate)是比特币网络处理能力的度量单位,即每秒可以执行的哈希运算的次数。简单理解,算力越大,挖掘和处理数据的能力就越强。


近年来,算力越来越多地被提及。从超算、手机电脑,到汽车领域,算力已然成为科技进步不可或缺的助推力。尤其在汽车领域,算力之争已全面进入新的军备竞赛阶段。


从大屏、多屏的潮流,到不断丰富的人车交互方式和ADAS功能,汽车智能化需求持续升级。这背后,是数据流量的急剧飙升,是电子电气架构一步步的试探与变革。


传统分布式EE架构中,ECU彼此分离,互不通信,就智能汽车的发展而言,其算力、传输速率已经接近瓶颈。结合行业数据,单车ADAS/AD传感器每天大约产生4TB到20TB的数据。随着自动驾驶等级提升,车载信息娱乐系统、长续航电池及5G网络的引入,车辆要面对的计算量会越来越大。

 

车载大算力需求背后:存储芯片的“背刺”?


图片来源:方正证券


这时,汽车无异于一台服务器。架构升级迫在眉睫,同时本地实时处理能力,相应的“大容量缓存和存储”规格,也势必将成为硬需求。


现阶段,单车平均配备4GB 内存和 256GB 的存储空间。相比之下,高端智能电动车的配置要更高一点。例如,蔚来ET7的车机系统内存为16GB,存储空间256GB;理想L9则是24GB+256GB的组合拳。 


中国闪存市场预测,L4、L5级别自动驾驶汽车将配备“40GB+”的内存和“3TB+”的存储容量。业内也有公司认为,到2027年L4和L5级自动驾驶可能会产生艾字节(1EB=1024PB)的数据。届时,强大的云存储和本地存储缺一不可。


未来的智能汽车,远非手机可以比拟。不仅如此,更安全、更可靠、更低延时等等“车规”要求,将是汽车存储芯片需要且必须接受的考验。


被忽视的存储芯片


在车上,存储需求主要来源是数据的生产,如ADAS系统、车载信息娱乐系统、事件记录系统、OTA软件升级管理系统等。每个系统要独立运行,就需要具备单独的计算能力和存储空间。


常见且被大量使用的汽车存储芯片,主要有DRAM和NAND Flash两种。DRAM(动态随机存取存储器)是与CPU直接交换数据的内部存储器,常被用作缓存,处理速度较快,但一旦断电,存储的数据便会丢失;NAND 是闪存的一种,即使断电,也能够保留数据。 


车载大算力需求背后:存储芯片的“背刺”?


特斯拉HW3.0的LPDDR4(红)和flash(绿)


最近几年,用于汽车的DRAM和NAND 除了持续扩容外,在技术形态上也不断演进,向着计算机领域看齐。


其中,新一代LPDDR5 DRAM内存产品已经打入汽车生产环节。2022年上市的理想L9就搭载了美光的车规级LPDDR5。据悉,与上一代LPDDR4相比,LPDDR5带宽提升50%,最高能够降低60%的能耗,同时有助于延长单次充电续航里程。


闪存方面,根据Counterpoint Research的报告,L3~L5级自动驾驶汽车的存储系统将从SLC/MLC NAND转向UFS/嵌入式SSD,通过加大存储单元密度,增加容量,从而实现数据管理所需的速度和性能。


以LPDDR(Low Power DDR,低功耗双信道同步动态随机存取存储器)为代表的DRAM内存产品在汽车领域攻城掠地,而内置了Flash颗粒的SSD同样迅速普及开来。不过这事要放到2016年左右,相信大部分人不会相信。


当时车用SSD的价格远超HDD,甚至有媒体报道称“几十万的车都用不起SSD”,未来十年HDD都可能被用于车载娱乐系统。然而转眼间,汽车产业转型就给存储芯片带来了一场巨变。原本高不可攀的产品,正变得越来越普及。


车载大算力需求背后:存储芯片的“背刺”?
 

市场研究机构Yole Developpement 发布的最新数据显示,汽车存储芯片市场预计从2021年的43亿美元增长到2027年的125亿美元。虽然车用市场规模远小于服务器、PC和智能手机市场,但年增速将超过整体市场的8%,达到20%以上。


目前,NAND和DRAM主导了汽车存储市场,其中DRAM占41%,NAND为39%,合计份额达80%。有预测称,全自动驾驶车辆所需的DRAM、NAND将分别是传统汽车的30倍与100倍。换句话说,车规存储芯片市场将迎来爆炸式增长。


然而这块市场,中国本土厂商的占比微乎其微。


谁是下一个存储巨头?


存储芯片市场高度集中。其中DRAM市场,三星、美光、SK海力士合计市占率逾94%;NAND Flash领域,三星、铠侠、SK海力士、西部数据、美光和英特尔等六家公司的份额合计超过95%。


具体到汽车领域,美光在DRAM内存市场的销售额排名第一。有数据显示,其在2021年的市占率为45%左右,其次是北京君正(15%),来自中国台湾的南亚科(9.5%)和华邦电(8.56%)分列第三和第四。与之对比,车载NAND市场主要玩家仍以海外厂商为主。


汽车内部系统独立运行,功能各不相同,也意味着对存储的需求有所区别。整体上说,车规存储芯片除了大容量的发展趋势外,对一致性和可靠性的要求也随着ADAS/AD等级提升而愈发严格。包括数据存储的稳定性、响应速度、能耗高低、抗振动、Debug机制、可回溯性等等。


而要满足“车规”要求,存储芯片还必须通过ISO26262、AEC-Q100、IATF16949其中一项标准。和消费级产品相比,车规芯片进入门槛高、认证周期长。因而在汽车供应链深耕多年的海外公司占据了先发优势。


不过最近几年,国内以北京君正、兆易创新等为代表的内存芯片公司已纷纷开始在汽车领域跑马圈地。


车载大算力需求背后:存储芯片的“背刺”?


图片来源:CoinDesk


自2020年完成对ISSI(矽成半导体)的收购以来,北京君正引入存储芯片、模拟芯片和互联芯片两条新增产品线,积极拓展国内存储市场。目前业务覆盖SRAM、DRAM和Flash三大类。在DRAM内存条上,北京君正的研发覆盖从DDR2、LPDDR2、DDR3到DDR4、LPDDR4等不同种类、不同容量的产品。


据其称,用于汽车的DDR4产品与三星、美光等存在交叉竞争关系。到2022年第四季度,其基于25nm工艺设计的8GB LPDDR4产品正式送样。


兆易创新方面,DRAM业务处于起步阶段,而车规级Nor Flash大容量芯片占比据持续上升,出货平均容量也持续提升。从产品上看,GD25 SPI NOR Flash的容量覆盖512KB~2GB,能够满足多种实时操作系统所需的不同存储空间。


去年2月,兆易创新推出了全国产化38nm SPI NAND Flash——GD5F全系列,通过AEC-Q100车规级认证,覆盖1Gb~4Gb容量。至此,实现从SPI NOR Flash到SPI NAND Flash车规级产品的全面布局。公开信息显示,北京君正已与博世、大陆等Tier1达成合作;兆易创新的相关产品,特别是NOR Flash也已经和汽车行业建立紧密合作关系。


台媒“经济时报”近日发文《存储器厂商求生 积极布局车电》指出,“半导体市况修正当中,存储器行业难以独善其身。”包括三星、SK海力士和美光等厂商都预告2022年利润将大幅下滑。其中存储芯片库存水位高,供过于求是成因之一。


集邦咨询(TrendForce)在最新一份报告中提到,去年Q4到今年Q1,DRAM和NAND市场持续供过于求,导致价格跌跌不休。尽管如此,业内普遍看好汽车电子将带动存储芯片高速成长,尤其新能源汽车加快渗透,智能网联需求持续放量。


据统计,2021年我国智能网联汽车出货量为1370万辆,预计到2025年这一数字将增至2490万辆。作为全球智能汽车市场最大的参与者,中国本土存储公司有望从这波浪潮中获益。至于能够受益多少,以及成长到什么样的段位,仍是一个未知数。


且看借着“国产化”“供应链自主可控”的风,国内是否会出现新的存储巨头。


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