자율주행 및 전기 자동차 애플리케이션을 위한 Silicon Motion NAND 메모리 솔루션

시장 상황

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

현재 연구에 따르면, 2025년까지 약 9천만 대의 차량이 센서로부터 데이터를 수집하고 이를 온라인에서 사용할 수 있도록 할 것입니다. 오늘날의 차량은 여러 첨단 “인포테인먼트” 기능을 단일 콕핏 대시보드에 통합하여 화면을 통해 운전자에게 중요한 정보를 제공하고 안전을 보장하며 심지어 운전을 돕기도 합니다. 화면은 점점 더 커지고 있으며, 일부는 승객을 위한 음악, 비디오, 심지어 게임 스트리밍을 제공하며 GPS는 다른 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 함께 차량에 바로 내장되어 있습니다. 많은 ADAS 기능은 센서, 카메라, 레이더 및 라이더로부터 데이터를 수집합니다. 각 기능에 필요한 데이터의 양은 적을 수 있지만, 그 양은 점점 늘어나고 있습니다.

부분적이라 하더라도 자율성은 혼합 데이터에 많은 양의 데이터를 추가합니다. 차선 유지, 자동 제동, 적응형 크루즈 컨트롤과 같은 ADAS 기능은 데이터에 의존하는 기능이며, 인간의 개입이 전혀 필요 없는 완전 자율 주행은 자동 의사 결정을 위한 데이터가 필요할 것입니다.

연결성은 차량의 데이터 저장 요구 사항도 증가시키고 있습니다. Wi-Fi나 5G를 통해 연결성이 향상되면 차량 내 소프트웨어를 업그레이드하는 것이 더 쉬워집니다. 소프트웨어를 업그레이드하는 것이 쉬워지면 새로운 기능, 버그 수정, 보안 패치 형태로 차량에 추가될 가능성이 더 높아집니다.

현대 차량은 또한 원격으로 접근 가능할 수 있는 다양한 진단 기능을 갖추고 있습니다. 상업 항공기처럼, 자동차는 사고가 발생한 동안과 사고 직전의 순간에 무슨 일이 일어났는지를 기록하는 자체 블랙박스를 갖고 있습니다. 차량은 조향 입력, 차량에 가해지는 중력(G) 가속도, 속도, 원격 측정, 심지어 비디오와 오디오와 같은 데이터를 저장할 수 있는 저장 공간이 필요합니다. 저장 장치에 갑작스럽게 대량의 데이터를 빠르게 기록해야 하므로 저장 요구사항은 더욱 구체적이게 됩니다. 그 저장 장치는 심각한 충격, 심지어 화재나 물 손상도 견딜 만큼 내구성이 있어야 합니다.

지능형 차량 설계에서 주요 설계 추세는 여러 컴퓨팅 기능을 통합하여 저장소가 차량의 다양한 애플리케이션 기능을 지원할 수 있으면서도 우선 순위를 파악할 정도로 스마트하도록 만드는 것입니다. 예를 들어, 자율 기능과 엔터테인먼트 애플리케이션이 동일한 저장소 풀을 공유할 수 있습니다.

아키텍처

전기 및 자율 주행 차량으로의 전환은 제조업체들이 차량이 설계되는 방식에 대한 전체 철학을 재고하도록 강요했습니다. 지금까지는 차량 내 거의 모든 기능이 자체 ECU를 통해 측정을 수행하고 조치를 취했습니다. 이러한 ECU 각각은 또한 다른 모든 ECU와 자유롭게 통신할 수 있어야 했습니다. 그러나 ADAS와 같은 고급 기능과 특징의 도입은 차량이 작동하는 데 필요한 ECU의 수가 급격히 증가하게 했으며, 생성되는 데이터에 필요한 대역폭 역시 크게 증가하게 만들었습니다.

ECU의 수가 증가하면 자연스럽게 이러한 ECU를 제조하는 데 필요한 부품의 수도 증가하게 되며, 이는 차량 시스템의 복잡성과 비용이 증가하는 결과를 초래합니다. 전기 자동차의 경우에는 더욱 나쁜 상황이 발생하는데, 전기 시스템을 구현하는 데 필요한 ECU 및 배선의 추가 중량이 차량의 주행 거리 성능에 부정적인 영향을 미치게 됩니다.

차량 내의 새로운 기능들은 막대한 양의 데이터를 생성, 처리 및 저장하는 것에 의존하고 있습니다. 이러한 차량의 제조업체들은 데이터를 처리할 수 있는 최상의 방법으로 중앙화된 솔루션을 보고 있습니다. 각각의 기능을 위한 별도의 ECU를 사용하는 대신, 설계는 차량의 단일 물리적 영역 내의 모든 기능을 담당하는 단일 ECU를 가지는 방향으로 이동하고 있습니다. 이러한 다기능 ECU는 중앙 게이트웨이에 의해 제어됩니다. 시간이 지나면서, 중앙 게이트웨이는 더 많은 작업을 담당하게 되어 더 많은 주변 ECU를 제거하고 결국 강력한 중앙 컴퓨터에 의해 제어되는 소수의 원격 ECU만 남게 됩니다. 이러한 전환의 성공은 메모리에 의존합니다. 더 많은 기능들이 적은 수의 ECU로 통합됨에 따라, 해당 ECU들은 더 빠르고 강력해야 하며 메모리는 여러 기능들에 의해 공유됩니다. 중앙 게이트웨이와 기타 ECU들은 저장소에서 필요한 데이터를 적시에 액세스할 수 있어야 합니다. 저장소는 특히 미션 크리티컬 애플리케이션의 경우 신뢰할 수 있어야 합니다. 또한 보안성이 있어야 하고 차량의 수명과 일치하는 수명이 필요합니다.

내장형 컴퓨팅 시장의 또 다른 요인은 산업용 PC (IPC) 공급업체들이 COM 제품 라인에서 발생하는 수익 감소 위험을 초래하는 막대한 경쟁 압력에 직면하고 있다는 것입니다. 수익을 높이거나 유지하기 위해 IPC 제조업체들은 제품 통합에 큰 노력을 기울이며, 이는 부분적으로는 이전에 외부 플러그인 장치였던 구성 요소를 COM 보드에 내장하여 가치를 추가하는 방식으로 이루어집니다. 스토리지는 내장형 컴퓨팅 시스템에서 가장 중요한 온보드 요소 중 하나입니다: IPC 공급업체들은 항상

솔루션

처리 및 저장해야 하는 디지털 데이터의 양이 점점 증가함에 따라, 자동차 시스템 설계자는 신뢰성, 넓은 온도 범위에 대한 내구성, 그리고 소형 폼팩터에서의 대용량 저장 용량 때문에 대량 저장을 위해 회전 미디어보다 NAND 플래시 디바이스를 선호합니다. 모든 NAND 플래시 저장 디바이스는 빠른 읽기 및 쓰기 속도와 높은 데이터 처리량을 제공함으로써 용량 요구, 낮은 대기 시간 및 성능을 충족해야 합니다. 이러한 통합에도 불구하고, 자율주행 및 전기차에서 필요한 데이터 저장 요구를 지원하기 위해 다양한 종류의 NAND 저장 장치가 필요할 것입니다.

자동차 등급 자격을 충족하는 것 외에도, 스토리지 장치는 차량이 도로에서 운행되는 동안 지속될 것으로 기대됩니다. 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC), 범용 플래시 스토리지(UFS), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 NAND 플래시 스토리지 솔루션은 성능, 신뢰성, 내구성, 보안 측면을 고려하여 자동차 제조업체, Tier 1 시스템 설계자 및 자동차 공급망의 주요 이해관계자들에 의해 널리 채택되고 있습니다.

현대 자동차 설계에서의 NAND 스토리지

NAND 플래시가 여전히 상당히 비싸고 현재 우리가 보는 밀도와 비용 구조를 달성하지 못했을 때, 회전 매체를 사용하는 하드 드라이브는 자동차 데이터 저장을 위한 최적의 솔루션으로 간주되었습니다. 자동차 등급의 하드 드라이브는 극단적인 온도와 진동을 처리할 수 있도록 설계되었으며, 중력의 200배 이상의 충격 하중을 견딜 수 있었습니다. 또한, 작은 공간에 대량의 데이터를 저장할 수 있다는 점에서 비용도 저렴했습니다. 그러나 하드 드라이브는 접근 시간이 상대적으로 느리며, 충격과 진동으로 인한 고장의 위험이 있습니다.

하지만 NAND 플래시 비용이 낮아지고 솔리드 스테이트 스토리지 설계가 성숙해지면서, 이러한 기술은 더 많은 의미를 가지게 되었고 회전식 미디어를 대체하기 시작했습니다. 하드 드라이브에 비해 NAND 스토리지가 가지는 명확한 장점은 움직이는 부품이 없다는 점으로, 이를 통해 충격 및 진동으로 인한 고장 가능성이 낮아집니다. NAND 스토리지는 하드 드라이브보다 훨씬 빠르며, 자동차 애플리케이션의 극한 온도 범위도 처리할 수 있습니다.

NAND 플래시는 현대 차량에서 다양한 방식으로, 많은 애플리케이션을 지원하기 위해 사용됩니다. 차량 내 NAND 플래시 스토리지 유형은 애플리케이션 성능과 용량 요구 사항에 따라 달라집니다. CompactFlash와 Secure Digital 카드는 디지털 맵과 대시 카메라와 같은 자동차 애플리케이션에 유연한 옵션으로 남아 있습니다. 이러한 탈착형 스토리지는 애프터 마켓 콘텐츠 업그레이드 및 검색의 유연성을 제공합니다.

NAND 플래시의 장점

eMMC 형태의 NAND 스토리지는 차량용 애플리케이션에 널리 채택된 최초의 솔리드 스테이트 스토리지 유형이었습니다. 모바일 폰에 널리 사용되는 이 비분리형 메모리 카드는 회로 기판에 납땜되어 지속적인 진동에 대해 안전합니다. eMMC는 위성 라디오, 3D 지도, 교통 모니터링, 날씨 정보 등 많은 내비게이션 및 인포테인먼트 애플리케이션과 관련된 데이터를 저장하는 데 여전히 유효한 선택지로 남아 있습니다.

UFS 인터페이스의 등장은 새로운 자동차 설계에서 eMMC를 대체하게 되었습니다. 이는 eMMC의 고성능 대체 제품으로 특별히 개발되었기 때문입니다. UFS는 eMMC와 비교하여 더 빠른 인터페이스, 더 높은 밀도, 더 나은 전력 효율성, 그리고 읽기와 쓰기에 대한 더 높은 성능을 제공합니다. 또한 UFS는 빠른 부팅 시간을 제공하며, 운전자가 점화 키를 돌리는 데 걸리는 시간만큼 빠르게 시스템이 시작되도록 합니다.

자동차 설계의 컴퓨팅 요구가 증가함에 따라 데이터 저장 요구 사항은 성능과 저장 용량 측면에서 더욱 높아졌습니다. 이는 완전한 SSD 형태의 고용량 NAND 플래시 스토리지를 자동차 등급으로 채택하게 되었습니다. 이는 기업 수준의 성능과 기능을 처리할 수 있도록 설계되었으며 극한의 온도 범위를 지원합니다. 대용량은 또한 자동차 시스템 내 저장소 통합을 가능하게 하여 필요한 저장 장치의 전체 수를 줄일 수 있습니다. 자동차 등급 SSD는 SATA 인터페이스에서 PCIe NVMe 인터페이스로 이동하고 있으며, 이는 더 많은 고급 자율 주행 기능을 갖춘 차량이 판매됨에 따라 발생하고 있습니다. 이러한 저장 장치는 3D 지도, 4K 인포테인먼트 콘텐츠, 센서 데이터, 블랙박스 기록에 대해 최대 1TB의 플래시 저장소를 필요로 하며, 이는 대역폭, 지연 시간 및 용량에 대한 요구를 증가시킵니다.

자동차 애플리케이션을 위한 실용적인 메모리 솔루션

Silicon Motion은 자동차 애플리케이션에서 사용하기에 이상적이고 완전히 통합된 여러 NAND 메모리 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 차세대 아키텍처로의 쉽게 전환을 가능하게 하며, 해당 표준을 준수하면서도 고급 기능을 제공합니다. FerriSSD 제품군은 빠른 액세스 속도를 갖춘 신뢰할 수 있는 PCIe NVMe/SATA/PATA 스토리지를 제공합니다. 업계에서 입증된 컨트롤러 기술, NAND 플래시 및 수동 부품을 통합하여 자동차 설계를 간소화합니다. Ferri-UFS 제품군은 최신 UFS2.1/3.1 표준과 표준 NAND 플래시 메모리를 준수하는 풍부한 기능의 플래시 컨트롤러를 제공합니다. 이 제품군의 고성능 스토리지 액세스, 향상된 전력 효율성 및 시스템 설계 용이성으로 인해 자동차 애플리케이션에 이상적입니다. 마지막으로, 회사의 Ferri-eMMC 제품군은 eMMC 4.5/5.0/5.1 프로토콜에 맞는 JEDEC 표준을 완전히 준수합니다. 세 가지 NAND 솔루션 제품군은 또한 전체 시스템 설계가 가능한 한 간단하도록 다양한 기능을 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

컨트롤러는 NAND 플래시의 "두뇌"입니다

자동차 애플리케이션용 NAND 플래시 스토리지 장치는 현대 차량에서 발견되는 기능에 맞게 맞춤 설계되어야 하며, 이는 주로 자동차 애플리케이션을 염두에 두고 설계된 NAND 컨트롤러 기술을 통해 가능해집니다. NAND 컨트롤러는 스토리지 장치의 "두뇌"에 해당하며, 성능, 신뢰성, 보안을 보장하며 다양한 3D NAND 플래시 기술을 지원함으로써 자동차 애플리케이션용 NAND 플래시 스토리지를 최적화하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

eMMC, UFS 및 SSD 컨트롤러는 다른 애플리케이션용 컨트롤러와 동일한 기능을 많이 공유합니다. 그러나 자동차용으로 사용되는 컨트롤러는 대개 반도체 제조 공정에서 자동차용으로 제작되며, 확장된 온도 범위를 지원하고, 낮은 DPPM(백만 개당 결함 부품 수)을 나타내며, ASPICE 표준 준수를 염두에 두고 설계됩니다.

컨트롤러에서 완전한 저장 장치에 이르기까지 모든 자동차 등급의 플래시 제품은 자동차 제조업체가 기대하는 자격 요건을 충족하기 위해 엄격한 테스트를 거쳤음을 입증해야 하며, 여기에는 AEC-Q100 준수, ISO 9000/9001 및 ISO26262 인증이 포함됩니다.

현대 자율주행 및 전기차(EV) 차량을 위한 자동차 설계가 발전함에 따라 각각의 저장 시스템도 발전하고 있습니다. NAND 플래시는 다양한 응용 프로그램을 지원하기 위해 현대 차량에 다양한 방식으로 통합되므로, 자동차 제조업체는 선택한 NAND 저장 장치가 차량의 수명에 맞는 데이터 보존 기능을 갖춘 성능과 신뢰성을 제공하기를 기대합니다. 실용적인 예로, Silicon Motion 자동차 등급 PCIe NVMe SSD 컨트롤러는 위에서 언급한 모든 기능을 갖추고 있을 뿐만 아니라, 네트워크 리소스를 가상화하고 단일 SSD를 최대 8개의 다른 기능에서 공유할 수 있는 SR-IOV 기능도 내장하여 비용을 절감하면서 네트워크의 성능과 처리량을 향상시킵니다.

요약

전기 동력화와 자율 주행으로의 전환이 빠르게 진행되고 있는 가운데, NAND 메모리는 내일의 차량에 필요한 기능을 수용하기 위해 구현되고 있는 새로운 아키텍처에 대해 충분히 빠르고, 견고하며, 안전한 유일한 스토리지 솔루션을 제공합니다. 자동차 산업은 이미 NAND 메모리로 마이그레이션을 진행 중이며, 이는 가격이 하락하고 기능이 향상된 덕분입니다. 현재 이용 가능한 솔루션들은 필요한 많은 기능들을 단일 패키지에 통합하여 완벽한 스토리지 솔루션을 제공하므로, 이러한 전환이 복잡할 필요는 없습니다. Silicon Motion과 같은 신뢰할 수 있는 공급업체는 인포테인먼트, 내비게이션, ADAS, 자율 주행 애플리케이션을 지원하며, 차량 데이터 센터 진화에 대비할 수 있도록 최적화된 맞춤 플래시 스토리지 및 컨트롤러 솔루션의 강력한 포트폴리오를 보유하고 있습니다.