Consolidación de la memoria y el almacenamiento en los sistemas de infoentretenimiento automotores.

10 ene. 2023

Las capacidades de memoria y almacenamiento de datos de los sistemas de automoción están aumentando con rapidez, impulsadas por innumerables sistemas de infoentretenimiento a medida que la industria progresa en el camino hacia la autonomía total. El consumo de energía en sí es motivo suficiente para agilizar y consolidar donde sea posible, pero se debe pensar con detenimiento para garantizar que se prioricen las operaciones de importancia crítica.

La consolidación de la memoria y el almacenamiento también se extiende a las muchas unidades de control electrónico (ECU) distribuidas en los vehículos a medida que los sistemas de automoción buscan inspiración en otras arquitecturas informáticas, como los teléfonos inteligentes, la internet de las cosas (IoT) y los centros de datos. Todos ellos pueden inspirar cómo las tecnologías actuales pueden integrarse más para cumplir con los requisitos de la aplicación automotriz a la vez que abordan las inquietudes sobre el consumo energético y brindan una fiabilidad alta.

Existe un delgado equilibrio entre los sistemas de automoción segmentados necesarios para proteger los sistemas de conducción de las interferencias y una necesidad cada vez mayor de una arquitectura que una la computación y la memoria para dar soporte a una "cabina de mando digital" para el conductor.

Los tableros de mando impulsados por datos demandan más almacenamiento y memoria

Los tableros de mando automotores han avanzado mucho desde que los reproductores de casete eran el complemento más emocionante, y hace mucho que la conectividad Bluetooth y USB dejó de ser una novedad. Los sistemas de infoentretenimiento están evolucionando con rapidez para brindar una experiencia más envolvente para conductores y pasajeros, lo cual aumenta la cantidad de contenido electrónico (que incluye memoria y almacenamiento).

Algo clave en los sistemas de infoentretenimiento automotor de la actualidad es el sistema de asistencia al conductor avanzada (ADAS), y las cámaras retrovisoras se están convirtiendo en un estándar de todos los vehículos. Incluso sin mucha autonomía, el vehículo cuenta con muchos sistemas informáticos para la navegación y la seguridad, al igual que el entretenimiento.

Los sistemas de infoentretenimiento de la actualidad se pueden encontrar en todo el vehículo y pertenecen a cuatro categorías:

Grupo de instrumentos digitales: además de la instrumentación habitual del tablero de mando, como el velocímetro, los grupos de instrumentos de la actualidad son totalmente digitales y tienen pantallas de alta resolución que el conductor puede personalizar cada vez más, e incluyen telemetría del vehículo y mapas en pantallas secundarias.
Unidad delantera: aquí se pueden encontrar todas las características modernas del vehículo actual cuando los pasajeros del asiento delantero entran al auto. En lugar de un reproductor de casete, las aplicaciones que complementan a la radio pueden ser Apple CarPlay y Android Auto, habrá un GPS integrado y servicios de radio por satélite como Sirius XM. Se espera que todas estas características estén disponibles de forma inmediata cuando se enciende el vehículo.
Pantalla de visualización frontal (HUD): es una característica relativamente nueva en los vehículos. La HUD proyecta información únicamente al conductor en un cristal transparente ubicado arriba del volante. Al igual que el grupo de instrumentos tradicional, la información en la HUD incluye la velocidad, la telemetría y mapas.
Unidad de entretenimiento del asiento trasero (RSE): se acabaron los días en los que el pasajero del asiento trasero necesitaba traer su propio entretenimiento para pasar el tiempo en viajes largos. En lugar de un reproductor portátil o un libro, los pasajeros del asiento trasero tienen opciones de entretenimiento integradas que incluyen reproductores de medios dedicados con las mismas opciones que Android Auto y Apple CarPlay.

Estos vastos medios de infoentretenimiento solo en la parte delantera del auto requieren mucho rendimiento informático, que incluye memoria y almacenamiento de datos, y una cabina de mando digital unificada se beneficia de una arquitectura que también está consolidada.

La industria automotriz tiene muchas opciones de memoria y almacenamiento

Todos estos sistemas digitales reciben información de los datos recopilados en todo el vehículo, hasta los seguros y las ventanas, para que el conductor sepa qué esta abierto y qué esta cerrado.

Antes, cada función tenía su propia ECU, pero estas también se están consolidando. Así, en lugar de tener una ECU con una función fija, la ECU ahora está definida por el software. Mientras tanto, incluso la autonomía parcial agrega más datos y funciones que necesitan el soporte de las ECU, la memoria y el almacenamiento. Esto incluye las características ADAS como el control de navegación adaptativo, la alerta de cambio de carril y el frenado automático, cuya información se obtiene de los datos de sensores de cámaras, el radar y LiDAR. Toda la conectividad que informa las cabinas de mando digitales, ya sea por wifi o 5G, también facilita mejorar el auto con nuevo software y parches, lo que a su vez aumenta los requisitos de memoria y almacenamiento.

Los dispositivos de memoria y almacenamiento utilizados en la industria automotriz en la actualidad se encuentran allí porque son confiables y bien conocidos: la seguridad es clave en esta industria, al igual que la longevidad. Se espera que estos dispositivos tengan la misma vida útil que el vehículo sin necesidad de reemplazarlos. Sus rendimientos y capacidad son muy diversos dependiendo de la aplicación:

Flash NOR: al ser una memoria no volátil, el flash NOR es ideal para almacenar código de aplicaciones y para tareas de ejecución en el lugar (XIP) que evitan una DRAM externa al permitir que un procesador huésped ejecute código directamente desde el dispositivo flash NOR. Estos dispositivos también arrancan con rapidez, por lo cual son perfectos para el grupo de instrumentos y ADAS porque la pantalla de la cámara retrovisora está disponible inmediatamente cuando se enciende el auto.
RAM ferroeléctrica (FRAM): aún se describe como una memoria "emergente". La FRAM también es no volátil y podría reemplazar al flash NOR en algunas aplicaciones. Es más adecuada para el registro de datos en la mayoría de los subsistemas, como la instrumentación del tablero de mando, la administración de la batería, el control de la estabilidad, la transmisión, los controles de datos, y las bolsas de aire inteligentes.
Memoria de acceso aleatorio magnetoresistiva (MRAM): es otra memoria emergente. La MRAM es adecuada para la industria automotriz debido a su no volatilidad y alta fiabilidad en temperaturas altas. También es rápida, lo que la convierte en una buena elección para los sensores en los que se monitorean y escriben datos en tiempo real.
DRAM de baja potencia (LPDDR): ya es una memoria preferida para los teléfonos inteligentes porque combina el rendimiento con un consumo bajo de energía. La LPDDR cumple los requisitos automotores de la tecnología ADAS confiable que puede usar una DRAM funcional evaluada para su seguridad, que incluye sistemas de frenado de emergencia, alarmas de cambio de carril, control de navegación adaptativo y sistemas de detección de puntos ciegos. El fabricante de DRAM Micron Technology ha evaluado su hardware de LPDDR5 para que cumpla con el más estricto Nivel de Integridad y Seguridad Automotriz (ASIL), ASIL D, un esquema de clasificación de riesgos definido por ISO 26262.

Varios tipos de almacenamiento (esencialmente, varios sabores de flash NAND no volátil) complementan todas estas memorias.

En el extremo inferior, existen algunos usos para los formatos de almacenamiento flash removibles: las tarjetas CompactFlash y Secure Digital son una opción flexible para los mapas digitales y las cámaras para autos. El estándar de interfaz de Embedded MultiMediaCard (eMMC) ya no se actualiza, pero se sigue usando ampliamente en aplicaciones automotrices, como la telemática, el infoentretenimiento y ADAS, debido a que es una tecnología probada que brinda la longevidad que los fabricantes quieren. Ha sido reemplazada por el almacenamiento flash universal (UFS), una interfaz que se actualiza activamente, aunque en el espacio integrado, la eMMC puede abordar mejor las aplicaciones de baja capacidad con un perfil de potencia menor.

Tanto la eMMC como la UFS son adecuadas para ADAS, infoentretenimiento en el vehículo (IVI), telemática y sistemas de conducción autónoma, pero a medida que los requisitos de capacidad aumentan para el infoentretenimiento y las aplicaciones críticas, el SSD se convierte en la mejor opción, e incluso adopta nuevas interfaces, como la memoria exprés no volátil (NVMe).

Los sistemas consolidados deben priorizar la seguridad y la fiabilidad

Incluso con toda esta diversidad, hay una necesidad creciente de una arquitectura más consolidada para reducir la complejidad a medida que la cabina de mando se vuelve más digitalizada y requiere más potencia.

La naturaleza del automóvil significa que siempre habrá un cierto grado de distribución de los sistemas, con múltiples tipos de memoria y ECU. No obstante, la mayor capacidad de los SSD significa que tiene sentido consolidar el almacenamiento de datos de múltiples sistemas en un lugar. La mayor autonomía y la digitalización de la cabina de mando, junto con el crecimiento de datos, significa alejarse de una arquitectura fragmentada con ECU distribuidas y acercarse a un controlador de dominio único.

Esta transición hacia el agrupamiento podría ver más almacenamiento unificado que tiene datos críticos y contenido de entretenimiento, aunque esté segmentado y priorizado. Los datos en común se agruparían para mejorar la eficiencia: todos los mapas están almacenados en una única ubicación pero se utilizan para diferentes aplicaciones, similar a la arquitectura de un servidor, incluida la virtualización. Dos aplicaciones diferentes pueden acceder al mismo almacenamiento, y se priorizan los datos críticos a efectos de disponibilidad y redundancia, teniendo en cuenta que hay riesgos en colocar características ADAS críticas en el mismo medio de almacenamiento de datos que contiene el entretenimiento a bordo para los niños.

En lugar de agregar más funcionalidad y más capacidad de forma fragmentada, los diseñadores están haciendo una transición hacia una visión más holística de la arquitectura, y ello incluye un enfoque de almacenamiento consolidado y centralizado en lugar de tener dispositivos discretos. Si bien las memorias emergentes pueden tener sus casos de uso, las tecnologías de almacenamiento probadas como eMMC, UFS y SSD flash combinadas con memorias probadas como flash NOR, LPDDR y GDDR serán las candidatas preferidas para los sistemas automotrices consolidados que tendrán que encontrar el equilibrio entre el costo y la eficiencia y la seguridad y la fiabilidad.