Carros autônomos exigem armazenamento massivo de dados para painéis digitais em interiores e telas de infoentretenimento.
A pandemia criou muitos desafios no desenvolvimento de veículos modernos - as pessoas optaram por não usar serviços de compartilhamento de caronas e transporte público, e muitas nem deixaram suas casas. A indústria de automóveis autônomos está crescendo mais lentamente do que o esperado. No entanto, o movimento no mercado de sistemas digitais de interior está abrindo oportunidades para os fabricantes de memória, à medida que os carros continuam a evoluir para servidores sobre rodas.
Chris Baxter, gerente geral da divisão de sistemas embarcados da Micron Technology, disse que, embora as expectativas para o mercado autônomo tenham caído, há muito espaço para crescimento no segmento ADAS. Ele observou que a Tesla já desistiu de suas afirmações de autodireção e se concentrou nos sistemas Tier 2 e 3. “Veremos desenvolvimento nesta área - controle de cruzeiro adaptativo, sistemas de controle de faixa, frenagem automática e sistemas de monitoramento do motorista. Em 2021, o mercado de tecnologia automotiva terá grandes perspectivas - mas não no campo da condução autônoma, mas no campo da digitalização do compartimento de passageiros. ”
A longo prazo, a Micron continua a esperar que os veículos autônomos continuem sendo uma prioridade para as empresas em áreas que possam atender aos custos associados (como robo-táxis e caminhões). Os volumes de dados automotivos devem continuar a crescer. Baxter acrescentou que "também veremos uma mudança em direção à centralização da computação automotiva".
É importante notar que grandes volumes de computação também ocorrerão fora dos sistemas de infoentretenimento. Acontece que os veículos (veículos não tripulados e não só) estão se desenvolvendo e interagindo com diversos serviços (que, entre outras coisas, garantem o funcionamento das funções de direção não tripulada). Por exemplo, Aceinna fabrica soluções de sensores para uma variedade de setores (incluindo automotivo e aeroespacial) e, embora a empresa não atue diretamente no mercado de computadores, sua tecnologia depende deles.
“Não estamos no negócio de dispositivos de computação ou tecnologia de desempenho”, disse o CEO Yang Zhao. Ele também observou que sua empresa está "focada em sensores". No entanto, alguns sensores (incluindo dispositivos de visão computacional) requerem alto poder de processamento para processar os dados usados para navegação e sistemas de direção autônoma. Segundo Zhao, o carro do futuro, como qualquer robô, deve ser inteligente o suficiente para se mover de forma independente, ser equipado com muitos sensores, usar algoritmos modernos e ter alto poder de processamento.
Grande parte da computação em veículos é focada em sistemas externos, como satélites GPS e sistemas de navegação inercial, disse Zhao. “Existe um algoritmo unificado que acelera todo o sistema. Com ele, você pode obter uma precisão absoluta. " No entanto, existe a possibilidade de seu veículo se desconectar dos sistemas de navegação externos devido ao mau tempo ou outros motivos. “Seu lidar pode ficar cego e quebrar, mas isso não vai acontecer com a navegação inercial. O ambiente externo não o afetará. "
Zhao acredita que esses sistemas precisarão de sua própria capacidade de computação e memória para operar de forma autônoma, e também devem ser separados de outros módulos. “O sistema de controle do veículo deve estar totalmente fechado e isolado. Nenhum nó deve ter acesso a ele. "
A segmentação de sistemas automotivos significa que os requisitos de memória serão diferentes e dependerão das arquiteturas usadas em outros mercados (por exemplo, dispositivos móveis ou a Internet das Coisas). A Western Digital opera em todos esses mercados, de acordo com Hubert Verhoeven, vice-presidente sênior dos setores automotivo, móvel e emergentes da empresa. "Existem muitos exemplos de tais interseções na história." Muitos desenvolvedores estão desenvolvendo sistemas mais unificados e isolados para veículos com seus próprios módulos de memória (por exemplo, memória flash separada para sistemas de infoentretenimento). "Muitos estão procurando criar clusters com armazenamento para dados do consumidor."
Verhoeven acredita que os sistemas de infoentretenimento com módulos de navegação precisam de uma arquitetura que integre recursos de computação e memória. Essa arquitetura aumentará a capacidade de armazenamento flash e oferecerá suporte a várias interfaces (como eMMC e UFS). A evidência de que os carros estão se tornando servidores sobre rodas vai além do uso de SSDs em sistemas de infoentretenimento. Verhoeven observou que já existe uma demanda por NVMe no mercado de transporte, uma vez que os veículos dessas empresas têm grandes necessidades de extração de madeira. "Essas frotas têm carros que podem ser chamados de data centers sobre rodas."
Embora algumas das funções do veículo autônomo estejam relacionadas a sistemas em tempo real, Verhoeven observou que alguns casos de uso permitem que terabytes de dados se acumulem ao longo de vários dias (por exemplo, para gerenciamento de frota). "Muitos de nossos clientes preferem simplesmente retirar as unidades em algum momento, conectá-las aos servidores e descarregar totalmente." Em tais cenários, disse ele, o fator de forma é importante, permitindo que as unidades sejam removidas e facilidade de manutenção. "Os clientes adoram a capacidade de trabalhar com sistemas de alto desempenho e, se algo der errado com uma unidade, você pode simplesmente substituí-la."
Verhoeven também observou que a indústria automotiva costuma usar tecnologias consideradas básicas em cenários industriais, móveis e de servidor. Em alguns cenários, as unidades NVMe são preferidas devido aos requisitos de baixa latência e alto volume de transferência de dados do datacenter. Embora faça sentido reduzir o número de armazenamentos de dados separados no carro, permanece a necessidade de segmentação - caso contrário, podemos colocar as funções do ADAS na mesma mídia em que o entretenimento para crianças é gravado, observou Verhoeven. Essa arquitetura também equilibra custo, eficiência, segurança e confiabilidade, permitindo que determinados subsistemas recebam dados de um pool comum.
Além disso, os requisitos para a quantidade de memória e características de armazenamento serão ditados pelo nível de autonomia do veículo. Os veículos de nível 4 e 5 devem exigir exabytes de armazenamento até 2027. "Entretanto, o infoentretenimento e o ADAS precisam da maior parte desse armazenamento e são de nível 2 e 3." No entanto, a Western Digital está vinculando suas perspectivas de negócios a como os OEMs implementarão recursos avançados das camadas 4 e 5 - essas implementações conduzirão o desenvolvimento de armazenamento.
No entanto, mesmo em carros de 2º e 3º níveis, existem muitos subsistemas integrados que geram dados, que são exibidos em algum lugar. Esses sistemas fazem parte de clusters maiores e agora são encontrados até mesmo em veículos de baixo custo com funcionalidade ADAS, disse Verhoeven. Mesmo que o veículo não tenha um sistema de automação de passeio, terabytes de dados podem ser usados e processados. “Podemos ver cada vez mais telas grandes sendo construídas em veículos por OEMs”, disse Verhoeven. À medida que recursos avançados começam a se tornar padrão em carros de baixo custo, os requisitos de armazenamento e as velocidades aumentarão, o que significa que em breve precisaremos de meio terabyte.
Baxter da Micron disse que a introdução de automação de passeio e sistemas digitais na cabine levará a uma mudança de uma arquitetura de unidade de controle única para uma arquitetura que usa unidades separadas que controlam seus módulos. Os engenheiros automotivos irão evoluir cada vez mais para dispositivos com vários chips combinando memória e armazenamento, com o GDDR6 substituindo a DRAM de baixa potência em algumas aplicações.
A Baxter acredita que uma mudança está chegando na indústria de memória em resposta ao mercado automotivo e suas demandas. São necessárias alterações no design e na estrutura da memória para fazer com que as soluções da indústria atendam às condições de mercado e aos requisitos da indústria automotiva. Ao mesmo tempo, as tecnologias estabelecidas (como o flash NOR) ainda são essenciais para funções de inicialização rápida para ajudar os motoristas a evitar ter que esperar que os sistemas de bordo iniciem após girar a chave de ignição.
A energia é um grande problema porque um data center sobre rodas pode lidar com mais de 600 TOPS - o que pode consumir até 1000W de energia. Não se trata apenas dos processadores, mas também da memória. O consumo de energia é especialmente importante para EVs e apresenta desafios para engenheiros que precisam lidar com desafios térmicos.
A abordagem da Micron é equilibrar potência e desempenho usando memória de baixo consumo de energia e com baixo consumo de energia, como LPDDR4X. Ao mesmo tempo, modos de processamento de dados mais avançados fornecem eficiência energética aprimorada - uma característica incrivelmente importante para carros autônomos que usam aplicativos de IA de alto desempenho e que consomem muita energia.
A complexidade computacional também é um problema, e a subestimação está causando atrasos no lançamento dos veículos dos níveis 4 e 5, disse Robert Bilby, diretor sênior de arquitetura de sistemas automotivos da Micron. "Ainda não está totalmente claro qual nível de desempenho é necessário para implementar sistemas de direção autônoma."
De acordo com o Yole Development Rapid Implementation Scenario, a demanda por drives flash automotivos está crescendo e a demanda por dispositivos automotivos NAND para veículos Tier 2 e 3 deve aumentar após 2022
Como a Western Digital, a Micron está se concentrando em uma abordagem de cluster que separa dados críticos de conteúdo de entretenimento e aproveita pools de dados compartilhados para melhorar a eficiência (um exemplo de tal pool seria uma partição que armazena todos os cartões usados simultaneamente em diferentes aplicativos). Bilby acredita que esta abordagem imita uma arquitetura de servidor. "É aí que entra o conceito de virtualização, que permite que diferentes aplicativos acessem um pool de dados compartilhado."
Ele também observou que cada vez mais atenção é dada às questões de segurança. “É muito importante para a indústria que a memória usada em carros seja certificada para os casos de uso apropriados.” Estamos falando de uma ampla gama de dispositivos de memória - de DRAM para ADAS a GDDR6 para telas multimídia na cabine. "Em geral, muitos estão mudando para NVMe e SSDs."
Muitos engenheiros estão abandonando a abordagem antiga de adicionar funcionalidade gradualmente e expandir recursos. Muitas pessoas se esforçam para trabalhar na arquitetura em geral. "Substituir o uso de vários dispositivos eMMC ou UFS está mudando para uma abordagem mais consolidada e centralizada de armazenamento de dados." Bilby acredita que todos os dispositivos usados em carros devem ser certificados em conformidade. "No entanto, isso não será fácil de conseguir. Acho que as tecnologias precisam amadurecer e se tornar disponíveis para essas aplicações."
Tom Coughlin, presidente da Coughlin Associates, disse que as montadoras estão apenas começando a mudar para SSDs para armazenamento de conteúdo à medida que os preços continuam caindo. Devido ao fato de que para criar um servidor sobre rodas
é necessária muita memória , novas tecnologias serão consideradas, mas elas devem lidar com as condições extremas dos cenários de uso automotivo. Coughlin observou que o MRAM
pode suportar altas temperaturas e potencialmente substituir o flash NOR em algumas aplicações.
Coughlin acredita que há muitos trade-offs a serem considerados ao escolher dispositivos de memória para carros e equilíbrios entre capacidade, resistência e durabilidade. Além disso, os dispositivos de memória devem ser capazes de funcionar com várias tecnologias que estão sendo introduzidas nos carros modernos. Entre essas tecnologias estão o protocolo TCP e a conexão Ethernet - eles fornecem a funcionalidade de rede de servidores sobre rodas. São essas tecnologias que permitem que o tráfego seja transmitido para ambientes externos onde as ferramentas de processamento de dados e a IA entram em ação.
Bilby acredita que a velocidade da computação e o desempenho dos dispositivos de memória devem corresponder às velocidades de 5G - acredita-se que a velocidade dessas redes se tornará o padrão para sistemas automotivos em tempo real em rede. “É necessário coletar dados sobre milhões e bilhões de quilômetros percorridos. Esses dados permitirão que você crie e treine modelos que funcionarão em ambientes e condições complexas. " O treinamento de tais modelos depende de data centers de alto desempenho que precisam urgentemente de memória rápida. Bilby acredita que as funções de rede se tornarão componentes-chave dos sistemas autônomos - elas permitirão dados de tráfego em tempo real, bem como permitirão treinamento adicional de algoritmos.
No longo prazo, o 5G também afetará o desenvolvimento das comunicações V2X celulares - permitirá que os carros interajam não apenas com a infraestrutura, mas também entre si. Assim, os carros na estrada se tornarão como um cluster de servidores trabalhando juntos - e podem não precisar de uma nuvem centralizada. "Essas tecnologias ajudarão a prever o estado do meio ambiente e a entender como um carro é dirigido por 5 ou 10 veículos."
- O primeiro sistema de controle serial da Rússia para um motor bicombustível com separação funcional de controladores
- Em um carro moderno, existem mais linhas de código do que ...
- Cursos Online Grátis em Automotivo, Aeroespacial, Robótica e Engenharia (50+)
- McKinsey: repensando o software e a arquitetura eletrônica no setor automotivo
Sobre ITELMA
Lista de publicações úteis sobre Habré