車載存儲芯片介紹

1. 存儲類芯片介紹

存儲芯片，也叫存儲器，是用來存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息的記憶部件。根據(jù)斷電后數(shù)據(jù)是否被保存，可分為 ROM（非易失性存儲芯片）和RAM（易失性存儲芯片），即閃存和內(nèi)存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內(nèi)存主要為DRAM。

存儲芯片分類示意圖

※資料來源：億歐

根據(jù)存儲形式不同，存儲器可分為三大類：光學(xué)存儲、半導(dǎo)體存儲器、磁性存儲，其中光學(xué)存儲是指根據(jù)激光等特性進(jìn)行存儲，常見的有DVD/VCD等；半導(dǎo)體存儲器是指采用電能存儲，是目前應(yīng)用最多的存儲器；磁性存儲，常見的有磁盤、軟盤等。

從產(chǎn)品形態(tài)來看，存儲器主要包括NAND Flash、DRAM和NOR Flash等，其中NAND Flash ，屬于非易失性存儲器，據(jù)IC Insights統(tǒng)計，2020 年，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模為4402 億美元，存儲器市場規(guī)模為 1172 億美元，NAND Flash 閃存市場規(guī)模達(dá)到494 億美元。其中NAND Flash 閃存是存儲器的第二大細(xì)分市場，占比高達(dá)42%，主要用于大容量外部存儲。

DRAM即動態(tài)隨機(jī)存儲器，屬于易失性存儲器，2020年全球DRAM市場實現(xiàn)銷售額為663.83億美元，較2019年小幅增長6.75%。DRAM全球市場相較于 NAND Flash更為集中，2020年全球DRAM市場由三星電子、SK海力士和鎂光科技三家公司主導(dǎo)，中國也涌現(xiàn)出合肥長鑫等DRAM IDM企業(yè)。

NOR Flash屬于非易失性存儲，NOR Flash廣泛應(yīng)用于需要存儲系統(tǒng)程序代碼的電子設(shè)備。NOR Flash是除DRAM和NAND Flash之外市場規(guī)模最大的存儲芯片。近年來隨著智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、TWS耳機(jī)、5G及汽車電子等下游應(yīng)用需求的增長，NOR Flash市場規(guī)模逐步增長。中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年NOR Flash全球市場規(guī)模約為25億美元，預(yù)計2021年NOR Flash市場規(guī)模約為31億美元，主要用于存儲固定代碼。其他存儲器類型還包括SRAM（易失性存儲）和幾種ROM（非易失性存儲），但市場普及度都比較低。

汽車電子包括車體電子控制裝置和車載電子控制裝置，前者需要和汽車機(jī)械系統(tǒng)配合；后者能夠獨立使用。隨著汽車電動化與智能化，電動汽車和無人駕駛發(fā)展迅猛，相應(yīng)的輔助駕駛系統(tǒng)ADAS、電池管理系統(tǒng)BMS等被廣泛應(yīng)用，汽車中配置的電子零組件占比越來越高。汽車電子的快速增長也將帶動車用存儲器需求，疊加配套器件如行車記錄儀等帶動的需求，預(yù)計該領(lǐng)域?qū)覰OR/SLC NAND保持10%以上的復(fù)合增長。

未來出行是電動化，自動化和互聯(lián)化，但是對于汽車開發(fā)來講要交付這種趨勢其中一項最大的挑戰(zhàn)是來自于整車的電子電氣架構(gòu)，電子電氣架構(gòu)從傳統(tǒng)的分布式到域控制器式最終到中央處理器逐漸發(fā)展。從各個模塊相互獨立，到功能集成，再到域控制，再到域控制融合，到整車融合中央處理，最終到達(dá)云計算。

根據(jù)博世的經(jīng)典五域來看，主要的域控制器包括自動駕駛域、底盤域、信息娛樂域、車身域、動力總成域等。但不同的車企對域控制的定義并不相同，而且目前域控制器+中央控制器的混合架構(gòu)可能成為一個較為理想的解決方案。目前自動駕駛域和信息娛樂域不管是從軟硬件要求還是從實現(xiàn)強(qiáng)大的功能需求來說都比較明確作為單獨的域控制來看。動力域、車身域和底盤域等在執(zhí)行端依然會保留基礎(chǔ)控制器復(fù)雜終端執(zhí)行功能，控制算法上由中央控制器統(tǒng)一控制。

存儲器在新的電子電氣結(jié)構(gòu)中各個系統(tǒng)的中的分布圖如下：

（1）智能駕駛系統(tǒng)中的存儲器

智能駕駛系統(tǒng)中的存儲器

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（2）智能座艙系統(tǒng)中的Memory

智能座艙系統(tǒng)中的存儲

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（3）智能中央網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的Memory

智能中央網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的Memory

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（4）智能域控制系統(tǒng)中的Memory

智能域控制系統(tǒng)中的Memory

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（5）新能源混合發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的Memory

新能源混合發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的Memory

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

具體而言，智能座艙、車聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛等功能的實現(xiàn)均需要一定的存儲空間來支持其正常運(yùn)行。以智能駕駛為例，根據(jù)鎂光科技及中國閃存市場預(yù)計，L2、L3級的自動駕駛汽車對內(nèi)存帶寬要求大致為100GB/s，對NAND Flash的平均容量需求約為32GB，而未來L4、L5級的全自動駕駛汽車則需要300GB/s-1TB/s的內(nèi)存帶寬，對NAND Flash的平均容量需求約為256GB。

存儲芯片在汽車上的應(yīng)用

※資料來源：SK Hynix，中銀證券

2. 閃存類芯片

閃存作為一種存儲介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤，UFS，eMMC，SD卡，U盤等存儲產(chǎn)品中；閃存是一種非易失性存儲器，即斷電數(shù)據(jù)也不會丟失。

閃存芯片內(nèi)部分為LUN（邏輯單元）, PLANE（平面）, BLOCK（區(qū)塊）, PAGE（頁）；一個封裝好的閃存芯片可能包含若干個LUN（邏輯單元）；一個PLANE（平面）就是一個存儲矩陣，包含若干個BLOCK（區(qū)塊）；BLOCK（區(qū)塊）是閃存的最小擦除單位，一個BLOCK（區(qū)塊）包含了若干個PAGE（頁）；PAGE（頁）是閃存的最小讀寫單位，一個PAGE（頁）包含若干個BYTE（字節(jié)）。

閃存陣列結(jié)構(gòu)

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

（1）基本要求

基本要求

（2）功耗要求

目的：閃存功耗過大會導(dǎo)致芯片過熱，影響能量消耗和用戶體驗。

描述：閃存需要保證在以下不同的工作模式以及待機(jī)模式下，功耗滿足產(chǎn)品手冊的要求，參數(shù)如下：

ICC1/ICCQ1：閃存進(jìn)行讀操作過程中的電流

ICC2/ICCQ2：閃存進(jìn)行寫操作過程中的電流

ICC3/ICCQ3：閃存進(jìn)行擦操作過程中的電流

ICC4R/ICC4RQ/ICC4W/ICC4WQ：閃存進(jìn)行讀寫送數(shù)據(jù)的過程中的電流

ICC5/ICC5Q：閃存處于IDLE（閑置）狀態(tài)的電流

ISB/ISBQ：閃存處于STANDBY（待命）狀態(tài)的電流

（3）性能要求

目的：閃存產(chǎn)品的性能會直接影響用戶體驗，性能太差會導(dǎo)致系統(tǒng)長時間沒有反應(yīng)。

描述：閃存產(chǎn)品需要保證以下性能指標(biāo)滿足產(chǎn)品手冊要求。

① tProg：以PAGE（頁）為單位進(jìn)行PROGRAM（寫入）操作一次需要的時間。

② tR：以PAGE（頁）為單位進(jìn)行READ（讀）操作一次需要的時間。

③ tBERS：以BLOCK（分區(qū)）為單位進(jìn)行ERASE（擦除）操作一次需要的時間。

④ IO Speed:數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>

（4）可靠性要求

目的：閃存在實際使用中需要保證在生命周期內(nèi)各種環(huán)境條件下功能的完整性及數(shù)據(jù)的有效性。

描述：閃存可靠性主要體現(xiàn)在以下方面，具體要求見相應(yīng)的產(chǎn)品手冊。

①壽命：閃存有壽命限制，當(dāng)一個閃存塊接近或超出其最大擦寫次數(shù)時，可能導(dǎo)致存儲單元永久性損傷，不能再使用。

②讀干擾：當(dāng)讀取閃存塊中的一個PAGE（頁）時，閃存塊當(dāng)中未被選中的PAGE（頁）都會被相對較弱的進(jìn)行PROGRAM（寫入），隨著讀取次數(shù)的增加，從而最終導(dǎo)致這些PAGE（頁）中的數(shù)據(jù)變化，造成讀干擾。讀干擾不是永久性損傷，重新擦除后閃存還可以正常使用。

③電荷泄露：閃存中保存的數(shù)據(jù)，如果長期不使用，會發(fā)生電荷泄露，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。這同樣會導(dǎo)致非永久性損傷，擦出后后閃存還能正常使用。

從車載存儲技術(shù)來看，以往車載NAND Flash存儲器多為eMMC，數(shù)據(jù)存儲用量提升后，性能更好的UFS存儲有望逐漸滲透。

國內(nèi)企業(yè)也有相關(guān)布局，以江波龍為例，在2021年就開始投入研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，預(yù)計在2022年下半年推出滿足AEC-Q100 Grade 2級別的FORESEE UFS 2.2產(chǎn)品，首次推出的產(chǎn)品容量為64GB-128GB（Operation Temp：-40~105度，Reliability：10ppm以下，Longevity：3年），支持LDPC算法、Write Booster、HPB、緊急斷電保護(hù)、FFU升級、FBA數(shù)據(jù)加速等功能。未來，F(xiàn)ORESEE 車規(guī)級UFS將重點在車載駕駛域和駕艙域進(jìn)行產(chǎn)品推廣，以滿足客戶對大容量和高數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。

3. DRAM芯片

動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM）作為存儲單元，由一個MOSFET和一個電容組成，DRAM存儲芯片上布滿存儲電路，存儲電路主要由一個個存儲單元組成存儲陣列，陣列密度決定存儲密度，DDR是由固態(tài)技術(shù)協(xié)會（ JEDEC ）制定的DRAM內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)，目前市場上主要產(chǎn)品為DDR4。由于每一代DDR都需要平臺支持，短期難以替換之前的DDR產(chǎn)品。市場格局上，主要為國外及中國臺灣企業(yè)，國產(chǎn)企業(yè)占比相對較低。

DRAM芯片市場格局

※資料來源：公開資料、編寫單位提供

4. 市場格局

存儲器市場競爭格局較為集中，三星、鎂光、海力士、鎧俠長期處于行業(yè)主導(dǎo)地位，而在車載領(lǐng)域，存儲產(chǎn)品不具生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化特點，而且對成本敏感性較低，因此競爭格局有所不同，幾大行業(yè)龍頭中僅鎂光有所投入，根據(jù)開源證券的研報數(shù)據(jù)，鎂光近年來在車載易失性存儲領(lǐng)域第一名，市場份額超過40%，北京矽成（北京君正）位居行業(yè)第二名，市場份額約為15%，南亞科技、三星電子、SK海力士、賽普拉斯等位居其后，但由于車載市場的快速發(fā)展，傳感器復(fù)雜度的不斷提升，車載存儲器這一領(lǐng)域正在成為各大巨頭們的新增長關(guān)注點，也是國產(chǎn)企業(yè)重點攻克應(yīng)用領(lǐng)域之一。

5. 國產(chǎn)存儲類芯片發(fā)展情況

存儲類芯片在汽車的前裝市場、后裝市場都有應(yīng)用，主要應(yīng)用產(chǎn)品包括車載中控、車載后視鏡、車載導(dǎo)航儀、行車記錄儀等，國際主流品牌有鎂光、海力士、三星、東芝等廠商，國內(nèi)的供應(yīng)商主要有北京君正、兆易創(chuàng)新、長江存儲、紫光等。

部分國內(nèi)企業(yè)上車情況如下表所示：

（1）DRAM

國產(chǎn)DRAM發(fā)展情況

※資料來源：公開資料、編寫單位提供