非易失性MRAM存儲在ADAS安全系統(tǒng)中的適配性分析
隨著汽車產(chǎn)業(yè)向智能化、網(wǎng)聯(lián)化深度轉(zhuǎn)型,高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)已成為保障行車安全的核心組件,其功能涵蓋自適應巡航、緊急制動、車道保持等關鍵場景。ADAS安全系統(tǒng)的可靠性直接決定駕乘人員生命安全,而存儲模塊作為數(shù)據(jù)承載核心,需滿足高速讀寫、非易失性、高耐久性、寬溫適配等嚴苛要求。磁阻隨機存取存儲器(MRAM)作為新型非易失性存儲技術,憑借自旋電子學原理實現(xiàn)了速度與非易失性的兼顧。
ADAS安全系統(tǒng)的存儲需求具有鮮明的特殊性,區(qū)別于普通車載存儲,其核心訴求集中在四大維度。其一,高速讀寫能力,ADAS系統(tǒng)需實時采集攝像頭、雷達、激光雷達等多傳感器數(shù)據(jù),每秒數(shù)據(jù)量可達數(shù)百MB,且需快速調(diào)用算法模型完成決策,存儲延遲需控制在納秒級以避免決策滯后;其二,絕對非易失性,車輛碰撞、電源中斷等極端場景下,故障碼、碰撞前30秒傳感器數(shù)據(jù)等關鍵信息需永久留存,為事故溯源和系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù),傳統(tǒng)易失性存儲無法滿足這一需求;其三,高耐久性,ADAS系統(tǒng)生命周期與車輛一致,需支持百萬次以上高頻擦寫,尤其事件數(shù)據(jù)記錄儀(EDR)等模塊,單輛車生命周期內(nèi)寫入量可達TB級,對存儲壽命提出極致要求;其四,嚴苛環(huán)境適配,車載環(huán)境存在-40℃~125℃的寬溫波動、振動、電磁干擾等問題,存儲芯片需通過AEC-Q100汽車級認證,確保長期穩(wěn)定運行。
非易失性MRAM的技術特性的天然契合ADAS安全系統(tǒng)的核心需求,相較于傳統(tǒng)車載存儲方案展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。MRAM基于磁隧道結(MTJ)結構,利用磁矩翻轉(zhuǎn)存儲數(shù)據(jù),無需依賴電荷捕獲,從原理上突破了“快=易失,慢=非易失”的傳統(tǒng)局限,實現(xiàn)了SRAM級的高速與Flash級的非易失性結合。在讀寫性能上,MRAM讀操作延遲可低至50ns以內(nèi),寫操作無需“擦除-寫入”兩步流程,單字節(jié)寫入時間同樣可達納秒級,能夠完美匹配ADAS多傳感器實時數(shù)據(jù)的讀寫需求,避免因存儲延遲導致的安全決策失誤,這一點顯著優(yōu)于傳統(tǒng)EEPROM和NOR Flash。
在可靠性與耐久性方面,MRAM的表現(xiàn)尤為突出。其數(shù)據(jù)保存無需持續(xù)供電,斷電后可穩(wěn)定留存20年以上,無需額外備用電池,既降低了BOM成本,也避免了電池漏液、壽命不足等隱患,徹底解決了傳統(tǒng)SRAM需搭配備用電源實現(xiàn)非易失性的痛點。同時,MRAM的擦寫壽命遠超ADAS安全系統(tǒng)需求,可達101?次以上,實現(xiàn)無限次擦寫,相比傳統(tǒng)NAND Flash的數(shù)萬次擦寫壽命,能有效避免高頻數(shù)據(jù)寫入導致的存儲失效,尤其適用于EDR、ADAS傳感器融合等高頻寫入場景。此外,主流MRAM產(chǎn)品均通過AEC-Q100汽車級認證,工作溫度覆蓋-40℃~+125℃,抗振動、抗電磁干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)存儲芯片,可適應引擎艙、域控制器等嚴苛車載環(huán)境。
低功耗特性進一步提升了MRAM在ADAS安全系統(tǒng)中的適配性。ADAS系統(tǒng)需長期待機運行,存儲模塊的功耗直接影響車輛續(xù)航,尤其是新能源汽車對低功耗組件需求更為迫切。MRAM待機功耗僅為1μA級別,寫入時功耗也不超過5mA,無需像DRAM那樣進行周期性刷新,大幅降低了系統(tǒng)整體功耗,相較于傳統(tǒng)存儲方案,可有效延長車輛續(xù)航里程,同時減少發(fā)熱,提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。此外,MRAM支持SPI等標準接口,兼容主流車載微控制器,可直接適配現(xiàn)有ADAS系統(tǒng)架構,無需大規(guī)模重構硬件,降低了應用落地成本與周期。
盡管MRAM具備諸多優(yōu)勢,但目前在ADAS安全系統(tǒng)中的規(guī)?;瘧萌悦媾R部分挑戰(zhàn)。其一,存儲密度不足,受MTJ結構物理限制,當前主流MRAM單芯片容量多為MB級,最高僅達16Mb,難以滿足ADAS系統(tǒng)中高清地圖、大量算法模型等大容量數(shù)據(jù)的存儲需求,而DRAM、NAND Flash的容量已實現(xiàn)GB級、TB級突破,這一差距限制了MRAM在主存儲場景的應用。其二,單位容量成本較高,MRAM的MTJ制備工藝復雜,需額外增加磁控濺射、光刻對準等工序,量產(chǎn)規(guī)模尚未達到傳統(tǒng)存儲芯片水平,導致單位容量成本遠高于Flash和DRAM,增加了ADAS系統(tǒng)的硬件成本,不利于中低端車型的普及應用。其三,產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不完善,目前MRAM量產(chǎn)廠商較少,產(chǎn)品規(guī)格較為單一,針對ADAS安全系統(tǒng)的定制化產(chǎn)品不足,同時軟硬件適配優(yōu)化仍需加強,部分高端ADAS系統(tǒng)對存儲帶寬的極致需求,仍需MRAM與其他存儲技術協(xié)同適配。
針對上述挑戰(zhàn),行業(yè)已開啟技術突破與方案優(yōu)化之路。在存儲密度方面,SK海力士等企業(yè)已開發(fā)出64Gb測試芯片,通過1S-1M架構和精細化MTJ堆疊技術,將單元尺寸壓縮至20.5nm,逐步提升存儲密度,未來有望實現(xiàn)GB級容量突破。在成本控制方面,隨著量產(chǎn)規(guī)模擴大和工藝迭代,MRAM的單位容量成本正逐步下降,同時廠商通過優(yōu)化封裝工藝、簡化控制邏輯,進一步降低應用成本,推動其在車載領域的普及。在方案適配方面,“MRAM+NAND Flash”混合存儲架構成為當前最優(yōu)解,MRAM負責存儲高頻讀寫的關鍵安全數(shù)據(jù)(如故障碼、實時決策數(shù)據(jù)),NAND Flash負責存儲大容量數(shù)據(jù)(如高清地圖、算法模型),實現(xiàn)性能與容量的兼顧,既發(fā)揮了MRAM的高速、高可靠優(yōu)勢,又彌補了其容量不足的短板,已在部分高端ADAS系統(tǒng)中試點應用。
綜上,非易失性MRAM憑借高速讀寫、高耐久性、寬溫適配、低功耗等核心特性,完美契合ADAS安全系統(tǒng)對存儲模塊的嚴苛要求,是ADAS安全存儲的理想解決方案之一。盡管目前在存儲密度、成本控制、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方面仍存在不足,但隨著技術的持續(xù)突破和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的不斷完善,這些瓶頸將逐步打破。未來,隨著自動駕駛等級向L4、L5級升級,ADAS安全系統(tǒng)對存儲可靠性、實時性的需求將進一步提升,MRAM有望與其他存儲技術協(xié)同發(fā)展,成為車載安全存儲領域的核心力量,為自動駕駛安全保駕護航,推動汽車智能化產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。





