Das moderne Automobil und sein Gedächtnis

Fahrzeuge, ganz besonders Autos, werden immer smarter und vernetzter und generieren dadurch immer mehr Daten. Dies erhöht den Bedarf an Lösungen zur Datenspeicherung für Navigations-, Infotainment- bzw. Fahrerassistenzsysteme. [...]

Ein weiterer Wachstumsmarkt für NAND Flash im Automobil sind die Kombiinstrumente. Durch die starke Reduktion der Preise von Farb-TFT-Displays gehören hybride Cluster mit solchen Displays heute oft zur Standardausstattung von Mittelklassefahrzeugen. Im Premium-Segment geht der Trend sogar zu komplett digitalisierten Armaturen. So oder so – beide Ansätze erfordern mehr Speicherplatz für ihre anspruchsvollen Grafiken als auf dem embedded oder externen NOR-Flashspeicher verfügbar ist. Heute verwenden solche Systeme deshalb häufig externen SLC-NAND-Speicher und in der Zukunft 4 bis 16 GB eMMC.

AUTOMOTIVE-UMFELD STELLT NAND VOR HERAUSFORDERUNGEN

Das Umfeld im Fahrzeug stellt Speichertechnologien vor einige Herausforderung, wie zum Beispiel der erweiterte Temperaturbereich, Luftfeuchtigkeit sowie die ständige Vibration. Hier haben Halbleiterspeicher einen klaren Vorteil gegenüber der mechanischen Festplatte.

Autos haben eine typische Produktlebensdauer von 15 Jahren. Und die Halter erwarten dass innerhalb dieser Zeit die Systeme einwandfrei funktionieren und ihre Daten fehlerfrei zur Verfügung stehen, selbst nachdem das Fahrzeug vielleicht für Wochen in der Wüste geparkt wurde. Derartige Szenarien stellen die NAND-Flash-Technologie auf eine harte Probe, da sie lediglich einige wenige Elektronen pro Bit abspeichert und Ladungsverluste im Lauf der Zeit zu Fehlern führen können. Zusätzlich zu robusten Fehlerkorrektur-Algorithmen muss deshalb der Controller den NAND-Flash so verwalten, dass die Integrität der Daten gewährleistet ist. Um bei der Entwicklung entsprechender Designs optimale Ergebnisse zu erhalten, hat sich eine enge Zusammenarbeit zwischen Autohersteller, Tier-One-Zulieferer, der das System konzipiert und dem NAND-Flash-Hersteller bewährt.

Eine weitere Herausforderung im Vergleich zu Handys oder der  Unterhaltungselektronik sind die langen Entwicklungs- und Qualifizierungszeiten sowie die typischen Produktlebenszyklen von Autos. Die NAND-Flash-Technologie durchläuft üblicherweise alle zwölf Monate einen neuen Entwicklungsschritt. Auf der einen Seite drängt der Kostendruck die Systemhersteller dazu möglichst die neuesten Technologien für ihre Entwicklungen einsetzen. Andererseits sollte dieselbe Technologie aber auch längerfristig zur Verfügung stehen, um teure Änderungen und Neu-Qualifizierungen während der Produktion zu vermeiden. Auch hier hilft eine enge Partnerschaft zwischen dem NAND-Flash-Hersteller und seinen Kunden, um die bestmöglichen Kompromisse zu finden.

Toshiba liefert derzeit Speicherlösungen für die Automotive-Branche, die auf 19-nm-NAND-Flash basieren. In den letzten zwei Jahren hat das Unternehmen Produkte mit einer Gesamtkapazität von über 100 Petabyte (> 100 Millionen GB) ausgeliefert und sowohl Automobilhersteller als auch OEMs haben gute Erfahrungen bei der Integration dieser Lösungen in ihre Systeme gemacht. 15-nm-NAND durchläuft derzeit die AEC-Q100-Qualifizierung und einige Hersteller haben bereits damit begonnen, diese Speichertechnologie mit erhöhter Bitdichte in neuen Entwicklungen zu verwenden.

AUSBLICK AUF ZUKÜNFTIGE TECHNOLOGIEN

Auf etwas längere Sicht wird 3D-NAND eine interessante Option für die Automotive-Branche sein. Indem diese Technologie höhere Bitdichten ermöglicht, kann sie in Zukunft dazu beitragen, mit dem ständig steigenden Bedarf an Speicherkapazität Schritt zu halten. Zusätzlich ermöglicht die Charge Trapping Technologie eine höhere Zahl an Schreib-/Lesezyklen im Vergleich zu MLC Floating Gate Speichern. Ein Beispiel für 3D-NAND-Technologie ist die neue BiCS-Flash-Generation von Toshiba, bei der 48 Lagen von „stacked cells“ übereinander geschichtet werden.

Eine weitere kritische Anforderung in Automotive-Anwendungen sind Schreib- und Lesegeschwindigkeiten, die ein schnelles Booten der Systeme ermöglichen. Hier wird der Umstieg von eMMC – auf UFS-Schnittstellen Fortschritte bringen, da sich damit die maximale Bandbreite auf 11,6 Gbit/s erhöhen lässt. Die sequentiellen Lesegeschwindigkeiten können mit UFS 600 Mbit/s und die sequentiellen Schreibgeschwindigkeiten 180 Mbit/s erreichen –  das entspricht einer Verdreifachung der eMMC -Werte. Zusätzlich ermöglicht UFS auch höhere random Lese- und Schreibgeschwindigkeiten. Der Stromverbrauch im Standby-Modus ist  sehr gering und liegt unterhalb der alternativen PCIe-NVMe-Schnittstelle. Zu guter Letzt bringt UFS außerdem zahlreiche zusätzliche Features für eine höhere Zuverlässigkeit, Sicherheit und Boot-Performance mit.

* Volker Schumann ist Senior Manager Automotive Sales bei Toshiba Electronics Europe