業界が完全な自律性に向けて進歩する中、無数のインフォテインメント システムが牽引し、自動車システムのメモリとデータ ストレージ容量が急速に増加しています。エネルギー消費量だけでも、可能な限り合理化と統合を行う十分な理由になりますが、ミッションクリティカルな操作が優先されるように慎重に検討する必要があります。
メモリとストレージの統合は、自動車システムがスマートフォン、モノのインターネット (IoT)、データ センターなどの他のコンピューティング アーキテクチャからヒントを得ようとしているため、車両全体に広がる多数の電子制御ユニット (ECU) にも及びます。これらはすべて、エネルギー消費の懸念に対処し、高い信頼性を実現しながら、既存のテクノロジをさらに統合して自動車アプリケーションの要件を満たす方法のヒントになります。
運転システムをあらゆる干渉から保護するために必要なセグメント化された自動車システムと、ドライバーの「デジタルコックピット」をサポートするためにコンピューティングとメモリを結び付けるアーキテクチャに対するニーズの高まりとの間には、微妙なバランスがあります。
データ駆動型ダッシュボードにはより多くのストレージとメモリが必要
自動車のダッシュボードは、カセット プレーヤーが最も魅力的な追加機能だった時代から長い道のりを歩んできました。また、BluetoothやUSB接続が目新しい時代もはるかに超えています。インフォテインメント システムは、ドライバーと乗客の両方により没入感のある体験を提供するために急速に進化しており、メモリやストレージを含む電子コンテンツの量が増加しています。
今日の自動車インフォテインメント システムの重要な部分は先進運転支援システム (ADAS) であり、リアビュー カメラはすべての車両に標準装備されるようになっています。自律性はそれほど高くないが、車内ではナビゲーションや安全性、エンターテイメントを支援するために多くのコンピューティングが行われています。
今日のインフォテインメント システムは車内のいたるところに存在し、次の4つのカテゴリに分類されます。
- デジタル計器クラスター: スピードメーターなどの通常のダッシュボード計器に加え、今日の計器クラスターは完全にデジタル化されており、高解像度の画面を採用しており、ドライバーによるカスタマイズがますます増え、セカンダリ画面には車両テレメトリや地図も含まれています。
- ヘッドユニット: 助手席の乗客が車内に入ると、ここには今日の自動車のあらゆる最新機能が備わっている。ラジオにはカセット プレーヤーの代わりに、Apple CarPlayやAndroid Autoなどのコネクテッド カー アプリケーション、内蔵GPS、Sirius XMなどの衛星ラジオ サービスが搭載される。これらの機能はすべて、キーを回すとすぐに利用できるようになる予定です。
- ヘッドアップディスプレイ（HUD）： HUDは、自動車の比較的新しい機能で、ハンドルの上にある透明なガラスにドライバーのみに情報を投影します。従来の計器クラスターと同様に、HUDの情報には速度、テレメトリ、マップが含まれます。
- リアシートエンターテイメント（RSE）ユニット： 後部座席の乗客が長い旅行中に時間を過ごすために自分で娯楽機器を持ち込む必要があった時代は終わりました。後部座席の乗客は、ウォークマンや本の代わりに、Android AutoやApple CarPlayの専用メディア プレーヤー ミラーリング オプションを含む統合エンターテイメント オプションを利用できます。
車の前部にあるこの豊富なインフォテインメント メディアだけでも、メモリやデータ ストレージなど、膨大なコンピューティング パフォーマンスが必要であり、統合されたデジタル コックピットは、同様に統合されたアーキテクチャの恩恵を受けます。
自動車には多くのメモリとストレージのオプションがある
これらすべてのデジタル システムは、パワー ロックやパワー ウィンドウに至るまで、車両全体で収集されたデータに基づいて動作し、ドライバーは開いている部分と閉じている部分を把握できます。
以前は、機能ごとに独自のECUがありましたが、それらも統合され、固定機能のECUではなく、ECUがソフトウェア定義されるようになりました。一方、部分的な自律走行でも、アダプティブ クルーズ コントロール、車線維持、自動ブレーキなどのADAS機能を含め、ECU、メモリ、ストレージでサポートする必要があるデータと機能が増えます。これらの機能はすべて、カメラ、レーダー、LiDARからのセンサー データによって通知されます。Wi-Fiや5Gなど、デジタル コックピットに情報を提供するすべての接続性により、新しいソフトウェアやパッチで車をアップグレードすることも簡単になり、メモリとストレージの要件も高まります。
今日の自動車業界で使用されているメモリとストレージ デバイスは、十分に理解され、信頼性が高いため使用されています。自動車業界では、耐久性と同様に安全性が重要です。これらの装置は、交換する必要なく、車両の寿命と同じくらい長持ちすると予想されます。アプリケーションに応じて容量とパフォーマンスが大きく異なります。
- NORフラッシュ: 不揮発性メモリであるため、NORフラッシュはアプリケーション コードの保存や、ホスト プロセッサがNORフラッシュ デバイスから直接コードを実行できるようにすることで外部DRAMをバイパスする実行インプレース (XIP) タスクに最適です。これらのデバイスは起動も速く、キーを回すとすぐにリアビューカメラのディスプレイが利用できるため、インストルメントクラスターやADASに最適です。
- 強誘電体RAM (FRAM): FRAMは依然として「新興」メモリとして説明されることが多く、不揮発性でもあり、一部のアプリケーションではNORフラッシュを置き換える可能性があります。ダッシュボード計器、バッテリー管理、安定性制御、パワートレイン、エンジン制御、スマートエアバッグなど、ほとんどのサブシステムのデータロギングに最適です。
- 磁気抵抗ランダムアクセスメモリ (MRAM): もう一つの新興メモリであるMRAMは、不揮発性と 高温でも高い信頼性を備えているため、自動車業界に適しています。また、高速であるため、データがリアルタイムで監視および書き込まれるセンサーに適しています。
- 低電力DRAM (LPDDR): パフォーマンスと低消費電力を兼ね備えているため、すでにスマートフォンに最適なメモリとなっているLPDDRは、自動緊急ブレーキ システム、車線逸脱警報、アダプティブ クルーズ コントロール、死角検出システムなど、機能安全評価済みのDRAMを使用する可能性のある信頼性の高いADASテクノロジに対する自動車の要件を満たしています。DRAMメーカーのMicron Technologyは、LPDDR5 ハードウェアを評価 し、ISO 26262で定義されたリスク分類スキームである最も厳格な自動車安全度水準 (ASIL) であるASIL Dを満たしていることを確認しました。
これらすべてのメモリは、さまざまなストレージ タイプ (基本的にはさまざまな種類の不揮発性NANDフラッシュ) によって補完されます。
低価格帯では、 リムーバブル フラッシュ ストレージ形式 の用途がいくつかあります。CompactFlashカードとSecure Digitalカードは、デジタル マップやダッシュ カメラに柔軟なオプションを提供します。Embedded MultiMediaCard (eMMC) インターフェース規格は、更新されなくなりましたが、自動車メーカーが求める長寿命を実現する実証済みの技術であるため、テレマティクス、インフォテインメント、ADASなどの自動車アプリケーションで引き続き広く使用されています。これは、積極的に更新されるインターフェースである ユニバーサル フラッシュ ストレージ (UFS) に取って代わられましたが、組み込み分野では、eMMCは低電力プロファイルで低容量のアプリケーションに最適です。
eMMCとUFSはどちらもADAS、車載インフォテインメント (IVI)、テレマティクス、自律走行システムに適していますが、インフォテインメントやミッションクリティカルなアプリケーションの容量要件が増大するにつれて、SSDが最適な選択肢となり、さらにNon-Volatile Memory Express (NVMe) などの新しいインターフェイスも採用されるようになりました。
統合システムは安全性と信頼性を優先する必要がある
こうした多様性にもかかわらず、コックピットのデジタル化が進み、 消費電力が増大するにつれて、複雑さを軽減するために、より統合されたアーキテクチャの必要性が高まっています。
自動車の性質上、複数のメモリ タイプとECUを備えたシステムが常にある程度分散されます。ただし、SSDの容量が大きいということは、複数のシステムのデータのストレージを1か所に統合することが理にかなっていることを意味します。データの増加に伴う自律性とコックピットのデジタル化の向上は、分散ECUを備えた断片化されたアーキテクチャから単一のドメイン コントローラーへの移行を意味します。
クラスタリングへの移行により、セグメント化され優先順位が付けられた、ミッションクリティカルなデータとエンターテイメント コンテンツの両方を保持する、より統合されたストレージが実現します。共通のデータ プールは効率化のために活用されます。すべてのマップは1つの場所に保存されますが、仮想化を含むサーバーのアーキテクチャと同様に、さまざまなアプリケーションに使用されます。2つの異なるアプリケーションが同じストレージにアクセスでき、ミッション クリティカルなデータは可用性と冗長性の観点から優先されますが、ミッション クリティカルなADAS機能を子供向けの車載エンターテイメントと同じデータ ストレージ メディアに配置するとリスクがあることに留意してください。
設計者は、機能や性能を少しずつ追加するのではなく、アーキテクチャに対してより総合的な視点を持つ方向にシフトしており、これには個別のデバイスではなく、統合された集中型ストレージ アプローチが含まれます。新しいメモリには使用例があるかもしれませんが、eMMC、UFS、フラッシュSSDなどの実績のあるストレージ テクノロジと、NORフラッシュ、LPDDR、GDDRなどの実績のあるメモリを組み合わせたものが、コストと効率と安全性と信頼性のバランスを取る必要のある統合型自動車システムにとって好ましい候補となるでしょう。
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