Waarom connected cars overstappen op flash-storage

Van een steeds meer gecentraliseerde architectuur tot diepgaande infotainmentconsoles, de enorme hoeveelheid data die auto’s nu creëren, brengt nieuwe uitdagingen met zich mee wat betreft de data-opslag in de auto.

De behoefte aan data-opslag aan boord van auto’s is nog nooit zo groot geweest. Er zijn momenteel opslagoplossingen, zoals de embedded Multi-Media Chips interface (eMMC), maar de vraag naar hogere prestaties vereist een snellere interface. Om de grote toename van snelle data te helpen beheren, biedt de Universal Flash Storage (UFS)-interface een geschikte oplossing voor de volgende generatie voertuigen. Maar wat zijn de voordelen van flash-opslag, en hoe lost deze technologie de uitdagingen van de industrie op?

Veranderende auto-architectuur en de gevolgen voor data

De auto-architectuur verandert ingrijpend, van losse controle-eenheden tot één gecentraliseerd systeem in een auto. Voorheen had een elektronische control unit (ECU) een specifieke functie afhankelijk van de toepassing. Deze ECU’s werden met elkaar verbonden, maar de netwerken functioneerden nog steeds onafhankelijk van elkaar. Met gateways is het nu mogelijk om gecoördineerde, netwerkoverstijgende communicatie tot stand te brengen, waardoor de afhandeling van steeds complexere, datarijke taken mogelijk wordt. Door de afzonderlijke ECU’s samen te voegen tot domeincontrollers (DCU), kunnen vele veeleisende taken tegelijk worden afgehandeld, en kan de architectuur nog verder evolueren. Dit betekent onder andere de toevoeging van AI-technologie aan de software, en virtualisatietechnieken aan het besturingssysteem.

Deze evolutie van de architectuur heeft een grote invloed op belangrijke componenten in processoren en flash-opslag. De steeds hogere opslagcapaciteiten die vereist is, kan worden ondersteund door NAND-flashtechnologie. De unieke eisen van de industrie met geavanceerde algoritmen doet de behoefte aan NAND-flash toenemen, omdat deze technologie het vermogen heeft om zeer hoge capaciteit tegen zeer lage kosten te leveren.

Hoe UFS uitdagingen voor opslag aan boord oplost

Universal Flash Storage (UFS) heeft zich ontpopt als de eerste keuze voor een hoge gegevensdoorvoer, met kortere schrijf- en leescycli, in combinatie met een hoge opslagcapaciteit. UFS is oorspronkelijk ontwikkeld voor mobiele apparatuur en biedt voertuigen van de volgende generatie dus vergelijkbare voordelen die nodig zijn daarbij zoals hoge technische eisen en grote hoeveelheden gegevens. Naast de voordelen van gegevensdoorvoer en opslagcapaciteit op hoog niveau werkt UFS met een platform dat een standaard is in de industrie, waardoor er de nodige zekerheid is in toekomstige ontwikkeling en ondersteuning. Het standaardisatieconsortium JEDEC blijft de ontwikkeling van UFS-technologie stimuleren, met de lancering van UFS 4.0 naar verwachting in 2022 en volgende versies in de nabije toekomst.

De voordelen van flash-geheugen in de auto-industrie zijn duidelijk, maar hoeveel opslagruimte heeft de connected car nodig en welke toepassingen hebben de meeste ruimte nodig? De afgelopen jaren is vooral navigatie, met zijn grote hoeveelheid kaartgegevens, de belangrijkste toepassing geweest die de grote vraag naar flashgeheugen heeft gecreëerd. Navigatie, alle informatie-elementen en het 'infotainment' vormen momenteel het grootste gedeelte van de opslagcapaciteit, waarbij in bepaalde voertuigen tot 256 GB flash-geheugen wordt gebruikt. Geautomatiseerd rijden en 3D-kaarten vereisen echter hogere resoluties, en steeds meer informatie wordt binnen handbereik van de bestuurder op het dashboard getoond, waardoor de opslagbehoefte als snel zal groeien naar één terabyte (1TB) per auto tegen 2025. UFS, met zijn snellere interface, biedt een veel sneller transport van dergelijke grote hoeveelheden gegevens, waardoor de gebruikerservaring aanzienlijk wordt verbeterd.

De technologie achter flash-opslag en de voordelen

De meest cruciale kenmerken van NAND-flashgeheugen voor toepassing in auto’s zijn betrouwbaarheid, schrijfduur en dataretentie. Dit laatste kan sterk worden beïnvloed door een groot aantal factoren, bijvoorbeeld de manier waarop gegevens vanuit de toepassing naar de flash-opslag worden geschreven. Dit heeft een sterke invloed op de levensduur. Kleine gegevenspakketjes die op willekeurige adressen worden opgeslagen, belasten de flash namelijk zwaarder dan grote hoeveelheden informatie die in één keer worden opgeslagen.

Innovaties binnen UFS-opslag maken het mogelijk flash te beschermen tegen intensieve bewerkingen. Flash-technologie kan nu lees-intensieve en schrijf-intensieve toepassingen op afzonderlijke partities laten draaien, mogelijk gemaakt door ‘smart partitioning’. Bij schrijf-intensieve programma’s worden partities van de schijf dan dusdanig geconfigureerd dat bijvoorbeeld de capaciteit iets wordt gereduceerd, waardoor wel het aantal schrijfcycli vele malen hoger komt te liggen. Lees-intensieve programma’s kunnen juist gebruik maken van een partitie-indeling met wel de volledige opslagcapaciteit, waardoor de levensduur binnen het UFS-geheugen aanzienlijk wordt verlengd.

Nu gegevens onontbeerlijk zijn geworden voor het functioneren van connected cars, is de betrouwbaarheid van de gegevensopslag van essentieel belang voor de algehele veiligheid van de auto. UFS-innovaties maken nu een gedetailleerde registratie van de schrijf- of leesgebeurtenissen mogelijk, waardoor het lees-schrijfgedrag van de toepassing kan worden geanalyseerd en kan worden bepaald of deze het risico loopt de flash te beschadigen als gevolg van onevenwichtige werkbelasting. Dit kan door het registreren van 'events'. Na zorgvuldige analyse van deze gegevens kunnen inzichten in het schrijf-/leesgedrag van het systeem worden verkregen en geïnterpreteerd, waardoor de prestaties van de flash worden beschermd en de betrouwbaarheid en veiligheid van de gegevens aanzienlijk worden vergroot.

Samenwerking tussen OEM's en opslagpproducenten bevorderen

Momenteel vindt 3D NAND-technologie zijn weg in de auto-elektronica omdat hiermee een grotere flash-capaciteit kan worden gecreëerd. Hierdoor kan de technologie opschalen en voldoen aan de toekomstige vraag van connected cars naar steeds grotere geheugens. Met grotere capaciteiten zijn er minder flash-modules nodig. Dit betekent dat ze op centrale locaties kunnen worden geïnstalleerd, waardoor de hardwarekosten dalen die zouden zijn ontstaan als ze op een gedistribueerde manier waren geïnstalleerd.

De veranderingen in de architectuur van auto’s zullen alleen maar sneller gaan. Zoals gezegd zijn de vroeger talrijke Electronic Control Units (ECU’s) in een netwerk verbonden met veel onderdelen van het voertuig; en de concentratie in steeds grotere Domain Control Units (DCU’s) is in volle gang. Toekomstige architecturen zullen ongetwijfeld verdere innovaties brengen en met de sterkere rol van software betekent dit dat grote automobielbedrijven steeds meer op zoek zullen gaan naar geschikte processoren en flash-componenten. Daarom zal een nauwere communicatie tussen OEM’s en de flash-fabrikanten binnenkort van het grootste belang zijn voor de toekomst van de connected car, waarbij de mogelijkheid wordt geboden om processoren en geheugens optimaal te gebruiken, de kans op storingen te minimaliseren en de levensduur te verlengen.