Selbstfahrende Autos erfordern eine massive Datenspeicherung für digitale Panels in Innenräumen und Infotainment-Bildschirmen.
Die Pandemie hat viele Herausforderungen bei der Entwicklung moderner Fahrzeuge mit sich gebracht. Die Menschen entschieden sich dafür, keine Mitfahrgelegenheiten und öffentlichen Verkehrsmittel zu nutzen, und viele verließen ihre Häuser überhaupt nicht. Die selbstfahrende Autoindustrie wächst langsamer als erwartet. Die Bewegung auf dem Markt für digitale Innenraumsysteme eröffnet Speicherherstellern jedoch Chancen, da sich Autos weiter zu Servern auf Rädern entwickeln.
Chris Baxter, General Manager des Geschäftsbereichs Embedded Systems bei Micron Technology, sagte, dass die Erwartungen an den selbstfahrenden Markt zwar gesunken sind, das ADAS-Segment jedoch viel Raum für Wachstum bietet. Er bemerkte, dass Tesla sich bereits von seinen selbstfahrenden Ansprüchen zurückgezogen und sich auf Tier 2- und 3-Systeme konzentriert habe. „Wir werden in diesem Bereich eine Entwicklung sehen - adaptive Geschwindigkeitsregelung, Spurhaltesysteme, automatische Brems- und Fahrerüberwachungssysteme. Der Markt für Automobiltechnik wird im Jahr 2021 große Perspektiven haben - allerdings nicht im Bereich des Selbstfahrens, sondern im Bereich der Digitalisierung des Fahrgastraums. "
Langfristig erwartet Micron weiterhin, dass selbstfahrende Fahrzeuge für Unternehmen in Bereichen, die die damit verbundenen Kosten decken können (wie Robo-Taxis und LKW), weiterhin Priorität haben. Das Datenvolumen im Automobilbereich wird voraussichtlich weiter zunehmen. Baxter fügte hinzu: "Wir werden auch eine Verlagerung hin zur Zentralisierung des Automotive Computing sehen."
Es ist anzumerken, dass große Rechenvolumina auch außerhalb von Infotainmentsystemen auftreten werden. Die Sache ist, dass Fahrzeuge (unbemannte Fahrzeuge und nicht nur) verschiedene Dienste entwickeln und mit diesen interagieren (die unter anderem den Betrieb unbemannter Fahrfunktionen sicherstellen). Zum Beispiel stellt Aceinna Sensorlösungen für eine Vielzahl von Branchen (einschließlich Automobilindustrie und Luft- und Raumfahrt) her, und obwohl das Unternehmen nicht direkt auf dem Computermarkt tätig ist, stützt sich seine Technologie auf diese.
"Wir beschäftigen uns nicht mit Computergeräten oder Leistungstechnologie", sagte CEO Yang Zhao. Er bemerkte auch, dass sein Unternehmen "auf Sensoren ausgerichtet ist". Einige Sensoren (einschließlich Computer-Vision-Geräte) erfordern jedoch eine hohe Verarbeitungsleistung, um die für Navigations- und autonome Fahrsysteme verwendeten Daten zu verarbeiten. Laut Zhao muss das Auto der Zukunft wie jeder Roboter intelligent genug sein, um sich unabhängig zu bewegen, mit vielen Sensoren ausgestattet sein, moderne Algorithmen verwenden und eine hohe Verarbeitungsleistung aufweisen.
Ein Großteil der Datenverarbeitung in Fahrzeugen konzentriert sich auf externe Systeme wie GPS-Satelliten und Trägheitsnavigationssysteme, sagte Zhao. „Es gibt einen einheitlichen Algorithmus, der das gesamte System beschleunigt. Damit können Sie absolute Präzision erreichen. " Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass Ihr Fahrzeug aufgrund von schlechtem Wetter oder aus anderen Gründen von externen Navigationssystemen getrennt wird. „Ihr Lidar kann blind werden und brechen, aber dies wird bei der Trägheitsnavigation nicht passieren. Die äußere Umgebung wird es nicht beeinflussen. "
Zhao glaubt, dass diese Systeme ihre eigene Rechenleistung und ihren eigenen Speicher benötigen, um autonom zu arbeiten, und sie sollten auch von anderen Modulen getrennt werden. „Das Fahrzeugsteuerungssystem muss vollständig geschlossen und isoliert sein. Kein Knoten sollte Zugriff darauf haben. "
Die Segmentierung von Automobilsystemen bedeutet, dass sich die Speicheranforderungen unterscheiden und von den in anderen Märkten verwendeten Architekturen abhängen (z. B. mobile Geräte oder das Internet der Dinge). Laut Hubert Verhoeven, Senior Vice President der Automobil-, Mobil- und aufstrebenden Industrie des Unternehmens, ist Western Digital in all diesen Märkten tätig. "Es gibt viele Beispiele für solche Überschneidungen in der Geschichte." Viele Entwickler entwickeln einheitlichere und isoliertere Systeme für Fahrzeuge mit eigenen Speichermodulen (z. B. separater Flash-Speicher für Infotainmentsysteme). "Viele möchten Cluster mit Speicher für Verbraucherdaten erstellen."
Verhoeven glaubt, dass Infotainmentsysteme mit Navigationsmodulen eine Architektur benötigen, die Computerressourcen und Speicher integriert. Diese Architektur erhöht die Flash-Speicherkapazität und unterstützt mehrere Schnittstellen (z. B. eMMC und UFS). Der Beweis, dass Autos zu Servern auf Rädern werden, geht über die Verwendung von SSDs in Infotainmentsystemen hinaus. Verhoeven stellte fest, dass auf dem Transportmarkt bereits eine Nachfrage nach NVMe besteht, da die Fahrzeuge solcher Unternehmen einen enormen Holzeinschlag erfordern. "Diese Flotten haben Autos, die als Rechenzentren auf Rädern bezeichnet werden können."
Während einige der autonomen Fahrzeugfunktionen mit Echtzeitsystemen zusammenhängen, stellte Verhoeven fest, dass in einigen Anwendungsfällen Terabytes an Daten über mehrere Tage gesammelt werden können (z. B. für das Flottenmanagement). "Viele unserer Kunden ziehen es vor, die Laufwerke einfach irgendwann herauszunehmen, sie an ihre Server anzuschließen und vollständig zu entladen." In solchen Szenarien sei der Formfaktor wichtig, damit die Laufwerke entfernt und die Wartung vereinfacht werden könne. "Kunden lieben die Fähigkeit, mit Hochleistungssystemen zu arbeiten, und wenn bei einem Laufwerk etwas schief geht, können Sie es einfach ersetzen."
Verhoeven bemerkte auch, dass die Automobilindustrie häufig Technologien verwendet, die in Industrie-, Mobil- und Serverszenarien als grundlegend angesehen werden. In einigen Szenarien werden NVMe-Laufwerke aufgrund der geringen Latenz und der hohen Datenübertragungsanforderungen des Rechenzentrums bevorzugt. Obwohl es sinnvoll ist, die Anzahl der separaten Datenspeicher im Auto zu reduzieren, besteht weiterhin ein Segmentierungsbedarf. Andernfalls können wir die Funktionen für ADAS auf denselben Medien platzieren, auf denen die Unterhaltung für Kinder aufgezeichnet wird, so Verhoeven. Diese Architektur gleicht auch Kosten, Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit aus, indem bestimmte Subsysteme Daten aus einem gemeinsamen Pool empfangen können.
Die Anforderungen an die Speichermenge und die Speichereigenschaften werden auch durch den Grad der Fahrzeugautonomie bestimmt. Fahrzeuge der Stufen 4 und 5 werden voraussichtlich bis 2027 Exabyte Speicherplatz benötigen. "Infotainment und ADAS benötigen jedoch den größten Teil dieses Speichers und sind Tier 2 und 3." Dennoch verknüpft Western Digital seine Geschäftsaussichten damit, wie OEMs erweiterte Layer 4- und 5-Funktionen implementieren werden - diese Implementierungen werden die Speicherentwicklung vorantreiben.
Aber auch in Autos der 2. und 3. Ebene gibt es viele eingebaute Subsysteme, die Daten generieren, die dann irgendwo angezeigt werden. Diese Systeme sind Teil größerer Cluster und finden sich jetzt auch in kostengünstigen Fahrzeugen mit ADAS-Funktionalität, so Verhoeven. Selbst wenn das Fahrzeug nicht über ein Fahrautomatisierungssystem verfügt, können Terabyte an Daten verwendet und verarbeitet werden. "Wir können sehen, dass immer mehr große Displays von OEMs in Fahrzeuge eingebaut werden", sagte Verhoeven. Da erweiterte Funktionen in kostengünstigen Autos zum Standard werden, werden die Speicheranforderungen und -geschwindigkeiten zunehmen, was bedeutet, dass wir bald ein halbes Terabyte benötigen werden.
Laut Baxter von Micron wird die Einführung von Fahrautomatisierungs- und digitalen Systemen in der Kabine zu einer Verlagerung von einer einzelnen Steuereinheitsarchitektur zu einer Architektur führen, die separate Einheiten verwendet, die ihre Module steuern. Automobilingenieure werden sich zunehmend zu Multi-Chip-Geräten entwickeln, die Speicher und Speicher kombinieren, wobei GDDR6 in einigen Anwendungen DRAM mit geringem Stromverbrauch ersetzt.
Baxter glaubt, dass sich in der Speicherbranche eine Veränderung als Reaktion auf den Automobilmarkt und seine Anforderungen abzeichnet. Das Design und die Struktur des Speichers müssen geändert werden, damit die Branchenlösungen den Marktbedingungen und Anforderungen der Automobilindustrie entsprechen. Gleichzeitig sind etablierte Technologien (wie NOR-Flash) für Schnellstartfunktionen nach wie vor unerlässlich, damit die Fahrer nach dem Drehen des Zündschlüssels nicht auf den Start der Bordsysteme warten müssen.
Die Leistung ist ein großes Problem, da ein Rechenzentrum auf Rädern über 600 TOPS verarbeiten kann - was bis zu 1000 W Leistung aufnehmen kann. Es geht nicht nur um die Prozessoren, sondern auch um den Speicher. Der Energieverbrauch ist besonders wichtig für Elektrofahrzeuge und stellt Ingenieure vor Herausforderungen, die sich mit thermischen Herausforderungen befassen müssen.
Der Ansatz von Micron besteht darin, Kompromisse zwischen Leistung und Leistung einzugehen, indem energieeffiziente Speicher mit geringem Stromverbrauch wie LPDDR4X verwendet werden. Gleichzeitig bieten fortschrittlichere Datenverarbeitungsmodi eine verbesserte Energieeffizienz - eine Eigenschaft, die für selbstfahrende Autos, die energieintensive, leistungsstarke KI-Anwendungen verwenden, unglaublich wichtig ist.
Die Komplexität der Berechnungen ist ebenfalls ein Problem, und eine Unterschätzung führt zu Verzögerungen bei der Veröffentlichung von Fahrzeugen der Stufen 4 und 5, sagte Robert Bilby, Senior Director of Automotive Systems Architecture bei Micron. "Es ist immer noch nicht ganz klar, welches Leistungsniveau für die Implementierung selbstfahrender Systeme erforderlich ist."
Laut dem Yole Development Rapid Implementation Scenario wächst die Nachfrage nach Kfz-Flash-Laufwerken und die Nachfrage nach Kfz-NAND-Geräten für Tier 2- und 3-Fahrzeuge wird voraussichtlich nach 2022 steigen
Wie Western Digital konzentriert sich Micron auf einen Clustering-Ansatz, der kritische Daten von Unterhaltungsinhalten trennt und gemeinsam genutzte Datenpools nutzt, um die Effizienz zu verbessern (ein Beispiel für einen solchen Pool wäre eine Partition, in der alle Karten gespeichert sind, die gleichzeitig in verschiedenen Anwendungen verwendet werden). Bilby glaubt, dass dieser Ansatz eine Serverarchitektur nachahmt. "Hier kommt das Konzept der Virtualisierung ins Spiel, mit dem verschiedene Anwendungen auf einen gemeinsam genutzten Datenpool zugreifen können."
Er bemerkte auch, dass Sicherheitsfragen immer mehr Beachtung geschenkt werden. "Für die Industrie ist es sehr wichtig, dass der in Autos verwendete Speicher für die entsprechenden Anwendungsfälle zertifiziert ist." Wir sprechen über eine breite Palette von Speichergeräten - von DRAM für ADAS bis GDDR6 für Multimedia-Bildschirme in der Kabine. "Im Allgemeinen wechseln viele zu NVMe und SSDs."
Viele Ingenieure wenden sich vom alten Ansatz ab, schrittweise Funktionen hinzuzufügen und Funktionen zu erweitern. Viele Menschen bemühen sich, allgemein an Architektur zu arbeiten. "Das Ersetzen der Verwendung mehrerer eMMC- oder UFS-Geräte führt zu einem konsolidierteren und zentraleren Ansatz für die Datenspeicherung." Bilby ist der Ansicht, dass alle in Autos verwendeten Geräte entsprechend zertifiziert werden sollten. "Dies wird jedoch nicht einfach zu erreichen sein. Ich denke, dass Technologien ausgereift sein und für diese Anwendungen verfügbar werden müssen."
Tom Coughlin, Präsident von Coughlin Associates, sagte, dass die Autohersteller gerade erst anfangen, auf SSDs für die Speicherung von Inhalten umzusteigen, da die Preise weiter sinken. Aufgrund der Tatsache, dass ein Server auf Rädern erstellt werden soll
Es wird viel Speicher benötigt , neue Technologien werden in Betracht gezogen, aber sie müssen den extremen Bedingungen von Automobilnutzungsszenarien gerecht werden. Coughlin stellte fest, dass MRAM
hohen Temperaturen standhalten und in einigen Anwendungen möglicherweise NOR-Blitz ersetzen kann.
Coughlin ist der Ansicht, dass bei der Auswahl von Speichergeräten für Autos viele Kompromisse zu berücksichtigen sind und ein Gleichgewicht zwischen Kapazität, Ausdauer und Haltbarkeit besteht. Außerdem müssen Speichergeräte in der Lage sein, mit verschiedenen Technologien zu arbeiten, die in moderne Autos eingeführt werden. Zu diesen Technologien gehören das TCP-Protokoll und die Ethernet-Verbindung - sie bieten die Netzwerkfunktionalität von Servern auf Rädern. Diese Technologien ermöglichen die Übertragung des Datenverkehrs an externe Umgebungen, in denen Datenverarbeitungstools und KI ins Spiel kommen.
Bilby ist der Ansicht, dass die Rechengeschwindigkeit und die Leistung von Speichergeräten mit der Geschwindigkeit von 5 G übereinstimmen müssen. Es wird angenommen, dass die Geschwindigkeit dieser Netzwerke zum Standard für vernetzte Echtzeit-Automobilsysteme wird. „Es müssen Daten über Millionen und Milliarden gefahrene Kilometer gesammelt werden. Mit diesen Daten können Sie Modelle erstellen und trainieren, die in komplexen Umgebungen und Bedingungen funktionieren. " Das Training solcher Modelle basiert auf Hochleistungs-Rechenzentren, die dringend schnellen Speicher benötigen. Bilby glaubt, dass Netzwerkfunktionen zu Schlüsselkomponenten selbstfahrender Systeme werden - sie ermöglichen Verkehrsdaten in Echtzeit sowie zusätzliches Training von Algorithmen.
Langfristig wird 5G auch die Entwicklung der zellularen V2X-Kommunikation beeinflussen - es wird Autos ermöglichen, nicht nur mit der Infrastruktur, sondern auch miteinander zu interagieren. Auf diese Weise werden Autos auf der Straße zu einer Gruppe von Servern, die zusammenarbeiten - und sie benötigen möglicherweise keine zentralisierte Cloud. "Diese Technologien helfen dabei, den Zustand der Umwelt vorherzusagen und zu verstehen, wie ein Auto durch 5 oder 10 Fahrzeuge gefahren wird."
- Russlands erstes serielles Steuerungssystem für einen Zweistoffmotor mit funktioneller Trennung der Steuerungen
- In einem modernen Auto gibt es mehr Codezeilen als ...
- Kostenlose Online-Kurse in Automobil, Luft- und Raumfahrt, Robotik und Ingenieurwesen (50+)
- McKinsey: Elektroniksoftware und Architektur in der Automobilindustrie überdenken
Über ITELMA
Liste nützlicher Veröffentlichungen zu Habré