從新能源汽車到智能充電樁,富士通打造車聯(lián)網(wǎng)存儲IC完美陣列
發(fā)布時間:2020-07-22 來源:富士通 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)和自動駕駛技術(shù)的推廣,汽車半導(dǎo)體市場正迎來黃金發(fā)展時期。有資料顯示,對于 L1 到 L5 等級的自動駕駛而言,在 L1 時自動駕駛的半導(dǎo)體成本只有約 150 美金,到 L3 等級提升至 600 美金,上升到 L4、L5 等級,整車的半導(dǎo)體成本將會達(dá)到 1200 美金。而這個快速增長的市場中,存儲產(chǎn)品和技術(shù)并不為主流媒體關(guān)注。
富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新也在近日的一次活動中表示:“隨著新基建的部署,充電樁的普及將快速促進(jìn)新能源汽車的普及,無論是樁側(cè)還是車側(cè),未來都將催生更多的高性能存儲應(yīng)用需求。”該公司作為非易失性內(nèi)存FRAM的市場主力提供商,正以滿足汽車市場需求最佳的性能迎來市場增長的甜蜜期。作為已經(jīng)量產(chǎn)FRAM 20年之久,出貨超過41億顆的富士通,其自2017年開始先后推出多款可在高達(dá)125℃高溫環(huán)境下運(yùn)作的車規(guī)級FRAM產(chǎn)品,經(jīng)過僅僅兩年時間的市場推廣,目前已成功打入了東風(fēng)、金龍、宇通、上汽通用五菱、華晨寶馬、一汽、御捷、江淮、奇瑞等整車廠的諸多Tier-1、Tier-2供應(yīng)鏈。
富士通AEC-Q100 Grade 1車規(guī)級FRAM產(chǎn)品線
極高耐久性、可靠性和極低遲延,特別的存儲器給特別的汽車應(yīng)用
隨著5G、車聯(lián)網(wǎng)等概念的興起,整車ADAS、車載娛樂等功能正逐漸成為新一代智能汽車的標(biāo)配,而多傳感器融合以及大屏、多屏顯示賦能下的車載軟硬件系統(tǒng)無疑需要搭載更多的車載存儲器。同時,這些存儲器由于分布于各種不同類型的車載終端和硬件系統(tǒng)當(dāng)中充當(dāng)圖像、視頻甚至語音等數(shù)據(jù)內(nèi)容的核心載體,其用量以及數(shù)據(jù)儲存特性方面的需求往往大相徑庭——或者經(jīng)常進(jìn)行數(shù)據(jù)擦寫,或者需要更長的循環(huán)壽命,或者需要超高可靠性,等等。所以,要想成功打入車載存儲市場,幾乎沒有一個完全的方案,獨特性能滿足特定應(yīng)用場景存儲需求的細(xì)分市場受到關(guān)注。
以新能源汽車中最核心技術(shù)之一VCU(整車控制單元)為例,VCU是整個控制系統(tǒng)的核心,通過采集電機(jī)及電池狀態(tài)、加速踏板信號、制動踏板信號及其它執(zhí)行器傳感器控制器信號,可根據(jù)駕駛員的駕駛意圖綜合分析并做出相應(yīng)判定后,監(jiān)控下層的各部件控制器的動作。它負(fù)責(zé)汽車的正常行駛、制動能量回饋、整車發(fā)動機(jī)及動力電池的能量管理、網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷及處理、車輛狀態(tài)監(jiān)控等,從而保證整車在較好的動力性、較高經(jīng)濟(jì)性及可靠性狀態(tài)下正常穩(wěn)定的工作,可謂是汽車的大腦。
FRAM在整車控制單元VCU中的應(yīng)用
“VCU系統(tǒng)需要以每秒一次的速度去記錄汽車行駛的當(dāng)前狀態(tài)以及發(fā)生故障時的變速器擋位、加速狀況、剎車和輸出扭矩等信息,而采用FRAM可以通過更簡單的軟件進(jìn)行存儲與讀取,同時保證高速和高可靠性。”馮逸新介紹道。今年5月,富士通最新推出了車規(guī)級產(chǎn)品MB85RS2MLY,可在-40°C至+125°C溫度范圍內(nèi)達(dá)到10兆次讀/寫次數(shù),非常適合需要實時數(shù)據(jù)記錄的應(yīng)用(比如連續(xù)10年每天每0.1秒記錄一次數(shù)據(jù),則寫入次數(shù)將超過30億),可謂具有極高的數(shù)據(jù)寫入耐久性和可靠性。
這些特性對于作為新能源汽車另一大核心技術(shù)的BMS(電池管理系統(tǒng))來說同樣至關(guān)重要。BMS需要實時記錄數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù),其系統(tǒng)將以每秒或每0.1秒的頻率實時和連續(xù)地記錄電池單元的重要數(shù)據(jù)(故障信息,健康狀況SOH和電量計量SOC等),同時監(jiān)控電池的短期(最后幾個充電周期60次/秒)和長期(整個電池壽命)電池性能。據(jù)馮逸新介紹:“舉個簡單的例子,電池單元電量一般維持在30%~75%之間表示正常運(yùn)作,如有不均衡的情況則需從別的單元補(bǔ)充過來,這時系統(tǒng)需要檢測記錄電池單元的電量、溫度、電壓、電流等等數(shù)據(jù),而且單次監(jiān)測記錄的時間不能間隔太長。“
因此,通過采用FRAM,汽車制造商能夠大幅降低系統(tǒng)復(fù)雜度并提高數(shù)據(jù)完整性。事實上,F(xiàn)RAM的身影目前已經(jīng)遍布諸如安全氣囊數(shù)據(jù)儲存(Airbag)、事故數(shù)據(jù)記錄器(EDR)、新能源車CAN盒子(CAN-BOX)、新能源車載終端(T-BOX)、胎壓監(jiān)測(TPMS)、汽車駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)及導(dǎo)航與信息娛樂系統(tǒng)(infotainment)等新能源汽車關(guān)鍵電子系統(tǒng)。
車規(guī)級FRAM,是滿足汽車電子可靠性和無遲延要求的最佳存儲器選擇
他山之石可以攻玉,F(xiàn)RAM這樣應(yīng)對充電樁存儲痛點
今年3月,中國提出要求加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度,在隨后披露的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)七大領(lǐng)域中,新能源充電樁名列其中。據(jù)《賽迪顧問》數(shù)據(jù)顯示,截止2019年12月中國充電樁保有量達(dá)到121.9萬臺,車樁比約為3.4:1,遠(yuǎn)低于《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020)》規(guī)劃的1:1,保守估計未來10年,中國充電樁建設(shè)缺口將高達(dá)6300萬。相比加油站,充電樁能夠承載更多的信息,除電流外,還有信息流、資金流等等。作為車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的重要端口,充電樁網(wǎng)絡(luò)的大面積建成必將成為未來社會交通系統(tǒng)的重要信息平臺。
因此,充電樁數(shù)據(jù)的記錄和存儲非常重要。作為給新能源汽車提供電能的配套產(chǎn)品,充電樁在運(yùn)行過程中需要處理大量的參數(shù),通過系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和事件信息,實現(xiàn)設(shè)備集中遠(yuǎn)程監(jiān)控,為設(shè)備故障診斷提供必要的數(shù)據(jù)支持,也為電站綜合管理提供全面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和各類統(tǒng)計報表。為此,所有數(shù)據(jù)必須進(jìn)行統(tǒng)一的采集、查看和分析,并提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)測、危險警告與通知、數(shù)據(jù)查詢分析、設(shè)備運(yùn)行總額和管理等功能。
“充電樁生產(chǎn)商需要挑選合適的存儲產(chǎn)品予以應(yīng)對,其數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用需求與智能表計非常相似。”馮逸新指出,“目前,F(xiàn)RAM存儲器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)存儲器被廣泛采用,其具備的三大優(yōu)勢是許多同類型存儲器無法比擬的。”馮逸新所說的FRAM三大優(yōu)勢分別是高速寫入、耐久性以及低功耗。與EEPROM對比,F(xiàn)RAM寫入次數(shù)壽命高達(dá)10萬億次,而EEPROM僅有百萬次(10^6)。富士通FRAM寫入數(shù)據(jù)可在150ns內(nèi)完成,速度約為EEPROM的30,000倍。寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)的功耗僅為150nJ,約為EEPROM的1/400,在電池供電應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢。
FRAM、EEPROM、FLASH主要參數(shù)對比
FRAM不僅能夠進(jìn)行高速寫入,同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)高速擦除。以保障數(shù)據(jù)安全為例,若遇到黑客違法盜取及分析充電樁的機(jī)密數(shù)據(jù),將導(dǎo)致大范圍的信息泄露。對此,低功耗和高速的FRAM可以利用小型電池電源,瞬間消去重要數(shù)據(jù),從而確保用戶的信息安全。這時,F(xiàn)RAM僅需0.1mA的工作電流,就能夠在0.3ms的時間內(nèi)擦除256bit的數(shù)據(jù),相比EEPROM擁有顯著的優(yōu)勢。
FRAM、EEPROM、FLASH工作電流與消去時間對比
滿足差異化市場需求,打造全覆蓋存儲產(chǎn)品陣列
盡管FRAM比傳統(tǒng)的Flash、EEPROM在讀寫耐久性、寫入的速度和功耗等方面都更具有優(yōu)勢,但其同樣有著成本較高、容量不高的不足。為此,富士通重點推出了可與FRAM產(chǎn)品形成市場互補(bǔ)的另外兩大存儲產(chǎn)品——可變電阻式隨機(jī)存取內(nèi)存ReRAM和納米隨機(jī)存儲器NRAM,以滿足更多差異化需求。
ReRAM可以實現(xiàn)對大容量EEPROM的完全替代。2019年8月富士通成功研發(fā)MB85AS8MT——這是全球最高密度8Mbit ReRAM產(chǎn)品,其采用SPI介面并與EEPROM相容的非揮發(fā)性記憶體,能在1.6至3.6伏特之間的廣泛電壓范圍運(yùn)作,在5MHz工作頻率下僅需0.15mA讀取資料。“目前全球只有兩家公司能夠量產(chǎn)ReRAM,富士通是其中之一。”馮逸新說到,“EEPROM容量最大只有2Mb,且在一些情況下功耗太高。我們量產(chǎn)的4Mb、8Mb產(chǎn)品可以滿足有這些需求的EEPROM客戶,同時能保證價格與EEPROM 2Mb接近。”
富士通ReRAM推出時間
按照規(guī)劃,富士通預(yù)計會在2021年前后帶來16Mbit甚至32Mbit ReRAM產(chǎn)品,屆時將進(jìn)一步滿足企業(yè)和客戶對各種特殊應(yīng)用的需求。
NRAM則兼具FRAM的高速寫入、高讀寫耐久性(比NOR Flash高1000倍),又具備與NOR Flash相當(dāng)?shù)拇笕萘颗c造價成本并實現(xiàn)很低的功耗(待機(jī)模式時功耗幾乎為零),同時可靠性非常高,在80度時存儲數(shù)據(jù)時限高達(dá)1000年,在300度時亦可達(dá)到10年。談到NRAM在車載存儲的應(yīng)用時,馮逸新指出:“目前的基于FRAM的車規(guī)級IC高溫承受范圍在125度,而NRAM卻可以達(dá)到150度,因此,未來基于NRAM的IC身影將有望出現(xiàn)在汽車發(fā)動機(jī)中。”作為NRAM的第一代產(chǎn)品,富士通16Mbit的DDR3 SPI接口產(chǎn)品最快將于2020年底上市。
可以看到,通過打造完善的FRAM、ReRAM、NRAM三線產(chǎn)品陣列,富士通能夠?qū)崿F(xiàn)對于傳統(tǒng)存儲產(chǎn)品EEPROM和NOR FLASH的完全替代,屆時勢必引發(fā)存儲行業(yè)的新一輪洗牌。
總結(jié)
可以預(yù)見,未來汽車半導(dǎo)體市場需求將產(chǎn)生極大增量,特別是2020年注定將是國內(nèi)新能源汽車相關(guān)電子產(chǎn)品市場與技術(shù)變革的關(guān)鍵一年。據(jù)馮逸新介紹,未來汽車自動駕駛的發(fā)展注定越來越廣,對數(shù)據(jù)處理和存儲的要求將會達(dá)到非常高的程度。在車聯(lián)網(wǎng)存儲領(lǐng)域,富士通會推出更多產(chǎn)品線,使三大技術(shù)加持的相關(guān)產(chǎn)品能夠應(yīng)對日漸豐富的汽車等級和應(yīng)用場景,為客戶提供更多選擇。
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