辰东,有声小说,盗墓笔记第二季

超高寫入速度的QspiNAND：汽車OTA升級新選擇

2020-12-28 12:56:11 邦電子（美洲）技術總監Anil Gupta

點擊關注->創芯網公眾號，后臺告知EETOP論壇用戶名，獎勵200信元

近日，寶馬集團宣布將對全球逾75萬輛汽車進行OTA（Over-The-Air Technology）升級，將車內的寶馬7.0操作系統升級到最新版本。升級內容涉及數字化服務、駕駛輔助、電氣、底盤和動力系統等模塊。如今，進行汽車遠程OTA升級已不再是造車新勢力們的“專利”。在傳統汽車陣營，上汽通用也在和寶馬一樣進行OTA升級。由此可見，OTA升級正迅速發展成為未來智能汽車的必備功能。這主要有兩個原因：

首先，隨著汽車系統程序代碼的指數級增長，汽車越來越多地成為網絡攻擊的目標。通過軟件實現駕駛輔助功能的汽車，如果系統軟件遭到黑客攻擊或篡改，那么在自動駕駛模式下，駕駛員和乘客都將面臨危險。通過OTA 更新，系統可迅速將安全補丁安裝至有風險的固件中，從而更加有效地保障行車安全。其次，采用OTA升級更具成本優勢和便利性。不僅可以幫助車主節省時間、省去麻煩，還能幫助制造商與維修中心節約更新成本。OTA更新的成本近乎為零，因此制造商們可通過更高頻次的軟件系統升級來持續提升汽車的整體價值。

傳統上，SPI NOR 閃存因其高可靠性、高數據完整性和長期數據保留的能力成為程序代碼存儲的常規選擇。但在最近的電子工程研究發表及技術會議上，考慮使用串行NAND閃存替代SPI NOR的相關討論，引起了廣泛關注。

圖1：Audi A7車款的“自動駕駛概念”，圖中顯示新車款設計中的傳感器數組。

（圖片出處：AUDI AG）

擦除與寫入速度更快

OTA更新必須足夠安全、可靠，而且最重要的是速度要快。速度對用戶來說至關重要，因為汽車在進行更新時無法使用。另外，更新過程越短，汽車與原廠數據中心之間網絡連接由于故障而中斷或停用的可能性就越低。針對加速軟件更新，新的串行NAND閃存產品比SPI NOR閃存具有更明顯的優勢。快速寫入是串行NAND閃存的固有優勢，即使沒有采用專屬的加速技術也是如此。

OTA更新作業分兩個階段執行：首先，將舊程序代碼從內存中擦除，然后寫入新的程序代碼。如圖2中數據顯示，串行NAND的擦除速度大約是SPI NOR的100倍。而且，華邦高性能QspiNAND（Quad SPI NAND）閃存的編程速度大約比市面上最高速的SPI NOR閃存快五倍。從寫入處理速度來說，串行NAND閃存比SPI NOR閃存還要快十倍以上。

這代表，如果將前置攝像頭的2Gb軟件堆棧存儲在由兩個W25N01JW芯片組成的單片W25N02JW設備中，則編程時間僅需35秒。而將相同的程序代碼存儲在采用W25H02JV的SPI NOR閃存數組，則需要22分鐘。

圖2：SPI NOR與QspiNAND閃存設備的寫入速度比較。（數據來源：華邦）

除了擦除和編程速度的優勢，華邦車規級QspiNAND閃存基于SLC（Single Level Cell）架構，該架構采用通過驗證且穩定可靠的46納米制程，具備與SPI NOR閃存不相上下的數據完整性和耐用度。華邦SLC NAND閃存可在汽車的整個使用壽命期間提供高度可靠的性能，從而保障對汽車應用而言至關重要的安全性。

優化啟動速度

OTA升級耗時是決定汽車啟動速度的關鍵。正常情況下，駕駛員都希望在按下“啟動”后的幾秒鐘內，汽車系統就能準備就緒——因而啟動速度是汽車制造商極為重視的關鍵參數。但是，代碼所占汽車內存的大小會影響啟動速度及編程速度。以車載前置攝像頭等ADAS產品為例，啟動時，程序代碼會從閃存下載到LPDDR4等DRAM內，而此類產品的代碼需占據512Mb以上的內存。出于提升OTA流程速度的目的，汽車制造廠商被鼓勵采用串行NAND閃存，以實現512Mb以上的大型代碼的高速寫入。

如圖2所示，華邦QspiNAND閃存產品的性能與標準SPI NOR閃存的相近。兩者的讀取處理速度均為80MB/s，可以在1.5秒內下載ECU的1Gb程序代碼，這樣的表現可滿足汽車應用的需求。但如果ECU內含2Gb的程序代碼，則下載時間將增加到3秒，進一步延長了車輛的總啟動時間。針對這部分需求，最新的NAND閃存技術或許是更合適的選擇（請見圖3）：華邦的OctalNAND閃存的每位單位成本優勢比Octal NOR閃存更優，在寫入處理速度上也具備優勢。但得益于與DRAM類似的x8接口，OctalNAND提供更高的讀取處理速度(240MB/s)。使用OctalNAND閃存下載整個2Gb程序代碼只需要1秒，足以滿足任何汽車制造商對于啟動時間要求。

圖3：華邦電子的OctalNAND閃存可在汽車應用中賦能快速啟動。（圖片出處：華邦）

W35N-JW OctalNAND零件采用符合行業標準的8mm x 6mm BGA封裝，與串行NOR閃存產品在尺寸上兼容，而且與目前市場上的Xccela™閃存及Octal Flash NOR產品引腳完全兼容。

更具成本優勢

總體而言，NOR閃存每存儲位占用的芯片面積比NAND閃存的更大（串行NAND閃存單元的面積為4F²，NOR閃存為10F²）。芯片面積影響封裝零件的成本，但非完全線性關系：當容量小于512Mb時，芯片上用于控制邏輯和接口面積比例較高，因此NAND每單位成本對總成本影響較小。但當容量大于512Mb時，存儲數組會占據大量的芯片面積，因此，相較于相同容量的SPI NOR閃存，單元尺寸更小的NAND閃存更具成本優勢。例如在汽車前置攝像頭1-2Gb的程序代碼的存儲應用中，采用串行NAND閃存的成本是同等級SPI NOR閃存成本的一半。此外，最新的串行序列NAND閃存技術擁有更高寫入處理速度，使其比SPI NOR閃存的優勢更明顯。

與同等級的SPI NOR閃存相比，使用QspiNAND閃存存儲512Mb以上的汽車程序代碼可省下約50%的成本。此外，汽車制造商現在還發現QspiNAND和OctalNAND能大幅縮短寫入時間，這對優化OTA升級的體驗甚為關鍵。

更重要的是，在向ECU寫入大量程序代碼時，QspiNAND更短的寫入時間亦有助于提高工廠的效率和處理速度。這讓汽車制造商可從另一個角度考量，在涉及安全和關鍵任務的應用中，舍棄傳統SPI NOR閃存能為代碼存儲帶來的好處。