실리콘모션 자율주행 및 전기 자동차 애플리케이션용 NAND 메모리 솔루션

시장 환경

자율주행 및 전기 동력 차량으로의 전환과 이에 따른 중앙 집중식 차량 아키텍처로의 전환은 성공적으로 이루어지기 위해 고성능, 고대역폭, 안정적이고 안전한 메모리가 필요합니다.

현재 연구에 따르면, 2025년까지 약 9천만 대의 자동차가 센서를 통해 데이터를 수집하고 이를 온라인에서 이용 가능하게 할 것으로 예상됩니다. 오늘날의 차량은 여러 첨단 “인포테인먼트” 기능을 단일 조종석 대시보드로 통합하여 제공하며, 이는 화면을 통해 운전자에게 중요한 정보를 제공하고 안전을 보장하며 주행을 도와줍니다. 화면 크기가 점점 커지고 있으며, 일부는 음악, 비디오 및 심지어 승객용 게임을 스트리밍하며, GPS는 차량에 내장되어 있으며 기타 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)도 함께 제공됩니다. 많은 ADAS 기능은 센서, 카메라, 레이더 및 라이다에서 데이터를 수집합니다. 각 기능에서 생성되는 데이터의 양은 작을 수 있지만, 전체적으로는 상당한 양이 됩니다.

자율성은 부분적이라도 혼합물에 많은 데이터를 추가합니다. 차선 유지, 자동 브레이킹, 적응형 크루즈 컨트롤과 같은 ADAS 기능은 데이터에 의존하는 기능이며, 인간의 개입이 전혀 필요 없는 완전 자율 주행은 자동 의사결정을 위해 데이터를 필요로 합니다.

연결성은 차량의 데이터 저장 요구 사항을 증가시키고 있습니다. Wi-Fi든 5G이든 연결성은 온보드 소프트웨어 업그레이드를 더 쉽게 만들어줍니다. 소프트웨어 업그레이드가 쉬워질수록 새로운 기능, 버그 수정, 보안 패치의 형태로 차량에 추가될 가능성이 커집니다.

현대적인 차량은 원격으로 액세스할 수 있는 많은 진단 기능도 갖추고 있습니다. 상업용 항공기와 마찬가지로 자동차는 사고 중 및 사고 직전 순간에 발생한 일을 기록하는 블랙박스를 가지고 있습니다. 저장 장치는 차량의 조향 입력, 차량에 작용하는 중력 가속도, 속도, 텔레메트리뿐만 아니라 영상 및 음성을 포함한 데이터를 캡처하는 데 필요합니다. 저장 장치에 대한 요구 사항은 대량의 갑작스러운 데이터 폭발을 신속하게 기록해야 하기 때문에 더욱 구체적입니다. 이 저장 장치는 심각한 충격은 물론 화재나 물 피해도 견딜 만큼 내구성이 뛰어나야 합니다.

지능형 차량의 아키텍처에서 주요 디자인 트렌드는 다양한 컴퓨팅 기능을 통합하여 저장소가 차량의 기능에서 다양한 애플리케이션을 지원할 수 있도록 하는 동시에, 우선순위를 인식할 만큼 스마트하게 만드는 것입니다. 예를 들어, 자율주행 기능과 엔터테인먼트 애플리케이션이 동일한 저장소 풀을 공유할 수 있습니다.

건축

전기화 및 자율 주행 차량으로의 전환은 제조업체들에게 차량 설계 철학 전체를 재고하도록 강요하고 있습니다. 지금까지 차량의 거의 모든 기능은 자체 ECU를 통해 측정을 수행하고 작업을 실행하는 방식으로 설계되었습니다. 이러한 ECU 각각은 다른 ECU와 자유롭게 통신할 수 있어야 했습니다. 그러나 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 같은 고급 기능 및 특성을 도입하면서 차량 운행에 필요한 ECU 수가 급격히 증가했으며, 이를 통해 생성되는 데이터에 필요한 대역폭도 함께 크게 증가했습니다.

ECU(전자 제어 유닛)의 수가 증가함에 따라 해당 ECU를 제조하는 데 필요한 부품의 수가 자연스럽게 증가하며, 이는 차량 시스템의 복잡성과 비용의 증가로 이어졌습니다. 특히 전기차의 경우, 전기 시스템을 구현하기 위해 필요한 ECU와 배선의 추가적인 무게는 차량의 주행 거리에도 실질적인 부정적인 영향을 미칩니다.

차량의 모든 새로운 기능은 방대한 양의 데이터를 생성, 처리 및 저장하는 것에 의존합니다. 이러한 차량의 제조업체들은 이 데이터를 처리하기 위한 최선의 방법으로 중앙화된 솔루션을 고려하고 있습니다. 각각의 기능마다 개별 ECU를 사용하는 대신, 설계는 단일 ECU로 전환되어 차량의 특정 물리적 영역 내 모든 기능을 관리하도록 하고 있습니다. 이러한 다기능 ECU는 중앙 게이트웨이에 의해 제어됩니다. 결국, 이 중앙 게이트웨이는 더 많은 작업을 수행하게 되어 더 많은 주변 ECU를 제거하고, 최종적으로는 강력한 중앙 컴퓨터에 의해 제어되는 몇 개의 원격 ECU만 남게 될 것입니다. 이러한 전환의 성공은 메모리에 의존합니다. 더 많은 기능이 더 적은 ECU에 통합됨에 따라, 그 ECU들은 더 빨라지고 더 강력해져야 하며, 여러 기능들이 메모리를 공유하게 됩니다. 중앙 게이트웨이 및 기타 ECU들은 자신들이 필요로 하는 데이터를 스토리지에서 적시에 접근할 수 있어야 합니다. 스토리지는 특히 중요한 응용 분야에서 신뢰할 수 있어야 하며, 보안이 철저해야 하고 차량 자체의 수명과 맞먹는 수명을 가져야 합니다.

또 다른 임베디드 컴퓨팅 시장의 요인은 산업용 PC(IPC) 업체들이 그들의 COM 제품 라인에서의 수익을 억압할 위험이 있는 엄청난 경쟁 압력에 직면한다는 점입니다. 수익을 높이거나 유지하기 위해 IPC 제조업체들은 제품을 통합하여 가치를 추가하는 데 많은 노력을 기울입니다. 이는 부분적으로 이전에는 외부의 플러그인 장치였던 구성 요소를 COM 보드에 내장하는 방식으로 이루어집니다. 저장소는 임베디드 컴퓨팅 시스템에서 가장 중요한 온보드 요소 중 하나로, IPC 업체들은 항상

솔루션

처리 및 저장해야 할 디지털 데이터의 양이 점점 늘어나면서 자동차 시스템 설계자는 대용량 저장 장치로 회전식 미디어 대신 NAND 플래시 장치를 선호하게 되었습니다. 이는 NAND 플래시 장치가 신뢰성이 높고 넓은 온도 범위에 대한 내성이 있으며, 작은 폼 팩터로 대용량을 제공하기 때문입니다. 어떤 NAND 플래시 저장 장치라도 빠른 읽기 및 쓰기 속도와 높은 데이터 처리량을 제공함으로써 용량 요구사항, 낮은 지연시간, 성능에 맞추어야 합니다. 이러한 통합에도 불구하고 자율주행 차량과 전기차에서 요구되는 데이터 저장 수요를 지원하기 위해 다양한 종류의 NAND 저장 장치가 필요할 것입니다.

자동차 등급 자격 조건을 충족하는 것 외에도 저장 장치는 차량이 도로에서 운행되는 동안 지속되어야 합니다. 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC), 유니버설 플래시 저장 장치(UFS), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 NAND 플래시 저장 솔루션은 성능, 신뢰성, 수명, 보안 고려사항으로 인해 자동차 제조업체, 1차 시스템 설계자 및 기타 자동차 공급망의 주요 이해관계자들에 의해 널리 채택되고 있습니다.

현대 자동차 설계에서의 NAND 스토리지

NAND 플래시가 여전히 상당히 비싸고 오늘날 우리가 보는 밀도와 비용 구조를 달성하지 못했을 때, 회전 미디어를 사용하는 하드 드라이브는 자동차 데이터 저장을 위한 최적의 솔루션으로 여겨졌습니다. 자동차 등급 하드 드라이브는 극한 온도와 진동을 처리하며 중력의 200배 이상의 충격 하중을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 또한 작은 공간에 많은 데이터를 저장할 수 있는 점에서 비용 효율적이었습니다. 그러나 하드 드라이브는 접근 시간이 상대적으로 느리고 충격 및 진동으로 인한 고장에 취약합니다.

하지만 NAND 플래시 비용이 감소하고 SSD 저장장치 설계가 성숙해지면서, 이들이 더 합리적이게 되어 회전식 미디어를 대체하기 시작했습니다. 하드 드라이브에 비해 NAND 저장장치가 가지는 명확한 장점은 움직이는 부품이 없다는 점으로, 충격과 진동으로 인한 고장 가능성이 낮습니다. NAND 저장장치는 하드 드라이브보다 훨씬 빠르고, 차량용 애플리케이션에서 요구되는 극단적인 온도 범위도 처리할 수 있습니다.

NAND 플래시는 현대 자동차에서 다양한 방식으로 활용되며, 여러 애플리케이션을 지원합니다. 차량 내 사용되는 NAND 플래시 저장 장치의 유형은 애플리케이션의 성능 및 용량 요구 사항에 따라 달라집니다. CompactFlash와 Secure Digital 카드는 디지털 지도와 대시 카메라와 같은 자동차 애플리케이션에 유연한 옵션으로 남아 있습니다. 이러한 탈착식 저장 장치는 애프터마켓 콘텐츠 업그레이드와 데이터 복구의 유연성을 제공합니다.

NAND 플래시의 장점

eMMC 형태의 NAND 스토리지는 자동차 응용 분야에서 널리 채택된 최초의 유형의 솔리드 스테이트 스토리지였습니다. 휴대폰에서 널리 사용되는 이 비분리형 메모리 카드는 회로 기판에 솔더링되어 지속적인 진동에도 견딜 수 있도록 안전하게 설계되었습니다. eMMC는 위성 라디오, 3D 지도, 교통 모니터링, 날씨 정보 등 여러 내비게이션 및 인포테인먼트 애플리케이션과 관련된 데이터를 저장하는 데 여전히 적합한 선택지로 남아 있습니다.

UFS 인터페이스의 등장으로 최신 자동차 설계에서 eMMC를 대체하는 모습을 볼 수 있습니다. 이는 eMMC를 대체하기 위해 고성능으로 개발된 것입니다. UFS는 eMMC와 비교했을 때 더 빠른 인터페이스, 높은 밀도, 더 나은 전력 효율, 그리고 읽기 및 쓰기 성능의 개선을 제공합니다. 또한 UFS는 빠른 부팅 시간을 제공하여 운전자가 시동 키를 돌리는 데 걸리는 시간만큼 빠르게 시스템을 시작할 수 있도록 합니다.

자동차 설계의 컴퓨팅 요구가 증가함에 따라 데이터 저장 성능과 용량에 대한 요구가 더욱 높아졌습니다. 이에 따라 자동차 등급의 SSD 형태로 더 높은 용량의 NAND 플래시 저장 장치가 채택되고 있으며, 이는 엔터프라이즈 수준의 성능과 기능을 제공하면서 극한의 온도 범위를 지원하도록 설계되었습니다. 더 큰 용량은 자동차 시스템 내 저장 장치의 통합을 가능하게 하여 필요한 저장 장치의 총 숫자를 줄이는 데 도움을 줍니다. 자동차 등급 SSD는 더욱 발전된 자율주행 기능을 갖춘 차량이 판매됨에 따라 SATA 인터페이스에서 PCIe NVMe 인터페이스로 이동하고 있습니다. 이들은 3D 지도, 4K 인포테인먼트 콘텐츠, 센서 데이터, 블랙박스 기록 등 용량이 최대 1TB에 달하는 플래시 저장 장치를 필요로 하며, 이러한 요소는 더 많은 대역폭, 낮은 지연 시간, 그리고 저장 용량에 대한 수요를 증가시킵니다.

자동차 애플리케이션을 위한 실용적인 메모리 솔루션

실리콘 모션(Silicon Motion)은 자동차 애플리케이션에 사용하기에 최적화된 완벽하게 통합된 다양한 NAND 메모리 솔루션을 제공합니다. 차량 제조업체가 고급 기능을 갖춘 차세대 아키텍처로 쉽게 전환할 수 있도록 설계되었으며, 관련 표준을 준수합니다. FerriSSD 제품군은 빠른 액세스 속도를 제공하는 신뢰할 수 있는 PCIe NVMe/SATA/PATA 저장 소스를 제공합니다. 이 제품군은 업계에서 입증된 컨트롤러 기술, NAND 플래시 및 패시브 부품을 통합하여 자동차 설계를 간소화합니다. Ferri-UFS 제품군은 최신 UFS2.1/3.1 표준 및 표준 NAND 플래시 메모리를 준수하는 풍부한 기능을 갖춘 플래시 컨트롤러를 제공합니다. 이 제품은 고성능 저장소 액세스, 향상된 전력 효율성, 그리고 시스템 설계의 용이성을 통해 자동차 애플리케이션에 적합합니다. 마지막으로, Ferri-eMMC 제품군은 eMMC 4.5/5.0/5.1 프로토콜에 대한 JEDEC 표준을 완전히 준수합니다. 세 제품군의 NAND 솔루션은 전체 시스템 설계가 최대한 간단하도록 다양한 기능을 제공하며, 이러한 기능은 다음과 같습니다:

컨트롤러는 NAND 플래시의 “두뇌”입니다

자동차 애플리케이션용 NAND 플래시 스토리지 장치는 현대 차량에서 찾아볼 수 있는 기능들에 맞게 설계되어야 하며, 이는 주로 자동차 애플리케이션을 고려하여 설계된 NAND 컨트롤러 기술에 의해 가능합니다. NAND 컨트롤러는 스토리지 장치의 핵심 역할을 하는 "두뇌"로서, 성능, 신뢰성, 보안성을 보장하고 여러 3D NAND 플래시 기술을 지원함으로써 자동차 애플리케이션을 위한 다양한 NAND 플래시 스토리지를 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다.

eMMC, UFS 및 SSD 컨트롤러는 기타 응용 프로그램용 컨트롤러와 많은 동일한 기능을 공유합니다. 그러나 자동차용으로 사용되는 컨트롤러는 일반적으로 반도체 제조 공정에서 자동차용 프로세스를 통해 제작되며, 확장된 온도를 지원하고, 낮은 백만 개당 불량 부품(DPPM)을 나타내며, ASPICE 표준 준수를 염두에 두고 설계됩니다.

자동차 등급 플래시 제품이 컨트롤러 하나든 완전한 저장 장치든 관계없이, 모든 제품은 자동차 제조업체가 기대하는 자격을 충족하기 위해 엄격한 테스트를 거쳤다는 것을 입증해야 합니다. 여기에는 AEC-Q100 준수, ISO 9000/9001 및 ISO26262 인증이 포함됩니다.

자동차 디자인은 현대의 자율주행 및 전기차(EV) 차량을 위해 변화하고 있으며, 이에 따라 관련된 스토리지 시스템도 진화하고 있습니다. NAND 플래시는 다양한 응용 프로그램을 지원하기 위해 현대 차량에 여러 방식으로 채용되고 있으므로, 자동차 제조업체는 선택한 NAND 스토리지 디바이스가 차량의 수명에 맞는 데이터 보존 능력과 함께 필요한 성능 및 신뢰성을 갖추기를 기대합니다. 실질적인 예로, Silicon Motion의 자동차 등급 PCIe NVMe SSD 컨트롤러는 위에서 언급한 모든 기능을 포함하고 있을 뿐만 아니라 네트워크 자원을 가상화할 수 있는 내장 SR-IOV 기능을 제공하여 하나의 SSD를 최대 8개의 다른 기능으로 공유함으로써 비용을 절감하고 네트워크의 성능과 처리량을 향상시킵니다.

요약

전기 동력과 자율 주행으로의 전환이 빠르게 진행됨에 따라, NAND 메모리는 미래 차량에 필요한 기능을 수용하기 위해 구현되고 있는 새로운 구조에서 빠르고 견고하며 안전한 저장 솔루션을 제공하는 유일한 선택지입니다. 자동차 산업은 이미 NAND 메모리의 가격이 낮아지고 기능이 향상됨에 따라 이를 활용하기 시작했습니다. 이 마이그레이션은 현재 제공되는 솔루션이 필요한 여러 기능을 단일 패키지로 통합하여 완전한 저장 솔루션을 제공하기 때문에 어렵지 않습니다. Silicon Motion과 같은 신뢰할 수 있는 공급업체들은 인포테인먼트, 내비게이션, ADAS 및 자율 주행 애플리케이션을 지원하도록 최적화된 맞춤형 플래시 저장 장치와 컨트롤러 솔루션을 포함하는 견고한 포트폴리오를 보유하고 있으며, 차량 내 데이터 센터의 진화에 발맞춰 미래에도 대비할 수 있도록 설계되어 있습니다.