Consolidation de la mémoire et du stockage dans les systèmes d’infodivertissement automobiles

10 janv. 2023

Les capacités de mémoire et de stockage de données des systèmes automobiles augmentent rapidement, sous l’impulsion d’une myriade de systèmes d’infodivertissement, alors que l’industrie progresse sur la voie de l’autonomie totale. La consommation d’énergie est à elle seule une raison suffisante pour rationaliser et consolider lorsque c’est possible, mais il faut bien réfléchir pour s’assurer que les opérations essentielles à la mission sont prioritaires.

La consolidation de la mémoire et du stockage s’étend également aux nombreuses unités de contrôle électronique (UCE) réparties dans les véhicules. Les systèmes automobiles cherchent à s’inspirer d’autres architectures informatiques, notamment les smartphones, l’Internet des objets (IoT) et les datacenters ; tous peuvent inspirer la manière dont les technologies existantes peuvent être davantage intégrées pour répondre aux exigences des applications automobiles tout en répondant aux préoccupations en matière de consommation d’énergie et en offrant une grande fiabilité.

Il existe un équilibre délicat entre les systèmes automobiles segmentés nécessaires pour protéger les systèmes de conduite de toute interférence et le besoin croissant d’une architecture qui relie l’informatique et la mémoire afin de prendre en charge un « cockpit numérique » pour le conducteur.

Les tableaux de bord axés sur les données exigent plus de stockage et de mémoire

Les tableaux de bord automobiles ont parcouru un long chemin depuis l’époque où les lecteurs de cassettes étaient le détail qui suscitait le plus d’enthousiasme, et la connectivité Bluetooth et USB ne sont plus des nouveautés depuis un bon moment. Les systèmes d’infodivertissement évoluent rapidement pour offrir une expérience plus immersive aux conducteurs et aux passagers, ce qui entraîne une augmentation de la quantité de contenu électronique, y compris la mémoire et le stockage.

Le système avancé d’aide à la conduite (ADAS) est un élément clé des systèmes d’infodivertissement automobile d’aujourd’hui, avec une caméra de recul qui devient standard sur tous les véhicules. Même sans une grande autonomie, les véhicules sont dotés de nombreux systèmes informatiques pour faciliter la navigation, renforcer la sécurité, et divertir les passagers.

Les systèmes d’infodivertissement d’aujourd’hui sont présents dans tout le véhicule et se répartissent en quatre catégories :

Groupe d’instruments numériques : en plus de l’instrumentation habituelle du tableau de bord, comme le compteur de vitesse, les groupes d’instruments d’aujourd’hui sont entièrement numériques et adoptent des écrans haute résolution qui sont de plus en plus personnalisables par le conducteur et incluent la télémétrie et les cartes du véhicule sur des écrans secondaires.
Unité de tête : c’est ici que l’on retrouve toutes les fonctionnalités modernes du véhicule d’aujourd’hui lorsque les passagers des sièges avant entrent dans la voiture. Plutôt qu’un lecteur de cassettes, la radio sera complétée par des applications de voiture connectée comme Apple CarPlay et Android Auto, un GPS intégré et des services de radio par satellite comme Sirius XM. Toutes ces fonctionnalités sont censées être immédiatement disponibles lorsque l’on tourne la clé.
Affichage tête haute (HUD) : fonction relativement nouvelle dans les véhicules, un HUD projette des informations uniquement au conducteur sur un verre transparent situé au-dessus du volant. Comme le combiné d’instruments traditionnel, les informations du HUD comprennent la vitesse, la télémétrie et les cartes.
Unité de divertissement arrière (RSE) : l’époque où le passager arrière devait apporter son propre divertissement pour passer le temps lors de longs voyages est révolue. Au lieu d’un Walkman ou d’un livre, les passagers des sièges arrière disposent d’options de divertissement intégrées qui incluent des options de miroir de lecteur multimédia dédié d’Android Auto et Apple CarPlay.

Tous ces riches médias d’infodivertissement à l’avant de la voiture exigent à eux seuls une grande puissance de calcul, y compris la mémoire et le stockage des données, et un cockpit numérique unifié bénéficie d’une architecture également consolidée.

L’automobile dispose de nombreuses options de mémoire et de stockage

Tous ces systèmes numériques sont informés par les données collectées dans l’ensemble du véhicule, jusqu’aux serrures et aux vitres électriques, afin que le conducteur sache ce qui est ouvert et ce qui est fermé.

Auparavant, chaque fonction avait son propre calculateur, mais ceux-ci se consolident également, de sorte que plutôt que d’avoir un calculateur à fonction fixe, le calculateur est désormais défini par logiciel. Entre-temps, même une autonomie partielle ajoute davantage de données et de fonctions qui doivent être prises en charge par les calculateurs, la mémoire et le stockage, y compris les fonctions ADAS telles que le régulateur de vitesse adaptatif, le maintien de la voie et le freinage automatique, qui sont toutes informées par les données des capteurs provenant des caméras, des radars et des LiDAR. Toute la connectivité qui informe les cockpits numériques, qu’il s’agisse du Wi-Fi ou de la 5G, facilite également la mise à niveau de la voiture avec de nouveaux logiciels et des correctifs, ce qui entraîne à son tour des besoins en mémoire et en stockage.

Les dispositifs de mémoire et de stockage utilisés aujourd’hui dans l’industrie automobile sont là parce qu’ils sont bien compris et fiables : la sécurité est essentielle dans l’automobile, tout comme la longévité. Ces dispositifs sont censés durer aussi longtemps que la vie du véhicule sans devoir être remplacés. Ils diffèrent largement en capacité et en performance selon l’application :

NOR Flash : parce qu’il s’agit d’une mémoire non volatile, NOR Flash est idéal pour le stockage du code d’application et pour les tâches d’exécution sur place (XIP) qui contournent une DRAM externe en permettant à un processeur hôte d’exécuter le code directement à partir du dispositif NOR Flash. Ces appareils démarrent également rapidement, ce qui les rend parfaits pour le tableau de bord et l’ADAS, car l’affichage de la caméra de recul est disponible dès que l’on tourne la clé.
Mémoire vive ferroélectrique (FRAM) : encore souvent décrite comme une mémoire « émergente », la FRAM est également non volatile et a le potentiel de remplacer la flash NOR pour certaines applications. Elle convient particulièrement à l’enregistrement de données dans la plupart des sous-systèmes, tels que l’instrumentation du tableau de bord, la gestion de la batterie, le contrôle de la stabilité, la chaîne cinématique, les commandes du moteur et les airbags intelligents.
Mémoire à accès aléatoire magnétorésistive (MRAM) : autre mémoire émergente, la MRAM convient à l’industrie automobile en raison de sa non-volatilité et de sa grande fiabilité à haute température. Elle est également rapide, ce qui en fait un bon choix pour les capteurs où les données sont contrôlées et écrites en temps réel.
DRAM basse consommation (LPDDR) : déjà une mémoire privilégiée pour les smartphones parce qu’elle allie performances et faible consommation d’énergie, la LPDDR répond aux exigences de l’industrie automobile en matière de technologies ADAS fiables qui pourraient utiliser des DRAM fonctionnelles évaluées en fonction de la sécurité, notamment les systèmes de freinage d’urgence automatique, l’alerte de franchissement de ligne, le régulateur de vitesse adaptatif et les systèmes de détection des angles morts. Le fabricant de DRAM Micron Technology a fait évaluer son matériel LPDDR5 pour qu’il réponde au niveau d’intégrité de sécurité automobile (ASIL) le plus strict, ASIL D, un schéma de classification des risques défini par la norme ISO 26262.

Toutes ces mémoires sont complétées par divers types de stockage - essentiellement diverses variantes de mémoire Flash NAND non volatiles.

En bas de gamme, il existe quelques utilisations pour les formats de stockage flash amovibles ; les cartes CompactFlash et Secure Digital sont une option flexible pour les cartes numériques et les caméras de bord. La norme d’interface Embedded MultiMediaCard (eMMC), bien qu’elle ne soit plus mise à jour, reste largement utilisée dans les applications automobiles telles que la télématique, l’infodivertissement et l’ADAS, car il s’agit d’une technologie éprouvée qui offre la longévité souhaitée par les constructeurs automobiles. Elle a été supplantée par l’Universal Flash Storage (UFS), une interface activement mise à jour, bien que dans l’espace embarqué, l’eMMC puisse mieux répondre aux applications de plus faible capacité avec un profil de puissance plus faible.

L’eMMC et l’UFS sont tous deux bien adaptés à l’ADAS, à l’infodivertissement embarqué (IVI), à la télématique et aux systèmes de conduite autonome, mais à mesure que les besoins en capacité augmentent pour les applications d’infodivertissement et les applications critiques, un SSD devient la meilleure option, voire même l’adoption de nouvelles interfaces telles que Non-Volatile Memory Express (NVMe).

Les systèmes consolidés doivent donner la priorité à la sécurité et à la fiabilité

Même avec toute cette diversité, il existe un besoin croissant d’une architecture plus consolidée pour réduire la complexité, alors même que le cockpit devient plus numérisé et plus énergivore.

La nature de l’automobile signifie qu’il y aura toujours un certain degré de répartition des systèmes avec plusieurs types de mémoire et de calculateurs. Cependant, la capacité plus élevée des SSD signifie qu’il est logique de consolider le stockage des données de plusieurs systèmes dans un seul et même emplacement. L’augmentation de l’autonomie et de la numérisation du cockpit ainsi que la croissance des données impliquent de s’éloigner d’une architecture fragmentée avec des calculateurs distribués vers un contrôleur de domaine unique.

Cette transition vers le clustering verrait un stockage plus unifié qui contient à la fois des données critiques pour la mission et du contenu de divertissement, bien que segmenté et hiérarchisé. Les pools communs de données seraient exploités à des fins d’efficacité ; toutes les cartes sont stockées en un seul endroit mais utilisées pour différentes applications, ce qui n’est pas sans rappeler l’architecture d’un serveur, y compris la virtualisation. Deux applications différentes peuvent accéder au même stockage, les données critiques étant classées par ordre de priorité pour la disponibilité et la redondance, en gardant à l’esprit qu’il existe des risques lorsqu’on place des fonctions ADAS critiques sur le même support de stockage de données que les divertissements à bord pour les enfants.

Plutôt que d’ajouter plus de fonctionnalités et plus de capacités de manière fragmentaire, les concepteurs s’orientent vers une vision plus holistique de l’architecture, et cela inclut une approche de stockage consolidée et centralisée au lieu d’avoir des dispositifs discrets. Bien que les mémoires émergentes puissent avoir leurs cas d’utilisation, les technologies de stockage éprouvées telles que l’eMMC, l’UFS et les SSD flash combinées à des mémoires éprouvées telles que NOR flash, LPDDR et GDDR seront les candidats préférés pour tout système automobile consolidé qui devra équilibrer le coût et l’efficacité avec la sécurité et la fiabilité.