汽車搭載的處理器式電子控制單元(ECU)數量持續成長，這項趨勢出現已有一段時間。而對汽車系統架構設計來說同樣重要的另一件事，還有汽車中新開發應用程式的程式碼容量同時成長，部分是因為駕駛輔助和自駕功能不斷增加，首先出現在高階車款，然後迅速擴及到中階，甚至是較經濟實惠的平價車款。
先進駕駛輔助系統(ADAS)的早期功能(例如防撞)通常用不到256Mb的程式碼就能實現。目前開發中的新車款具有更複雜的駕駛輔助功能，這些功能依賴雷達和LiDAR等測距及偵測技術，需透過一系列的感測器運作(見圖1)。這些進階感測器系統支援的應用(例如公路自駕和車道保持輔助系統等)讓程式碼大小激增：例如目前開發中汽車內的前攝影機ECU，預計將執行1-2Gb的程式碼。
這個情況促使汽車系統架構設計師重新評估是否在ECU中使用非揮發性程式碼儲存技術，考慮從獨立的SPI NOR快閃記憶體(因其高可靠性、高資料完整性和長期資料保留而成為程式碼儲存的傳統選擇)移轉到序列NAND快閃記憶體的擴展論點，已在電子工程研究發表及技術會議上受到大量關注一段時間。
圖1：Audi A7車款的「自動駕駛概念」，圖中顯示新車款設計中的感測器陣列。(影像出處：AUDI AG)
概括來說，NOR快閃記憶體的結構代表每個儲存位元比NAND快閃記憶體佔用更大的晶片面積：序列NAND快閃記憶體單元的面積為4F2，NOR快閃記憶體為10F2。晶片面積與封裝零件的成本相關，但不是完全線性關係：密度小於512Mb時，控制邏輯和介面在晶片總面積中所佔的比例相對較高，因此NAND儲存單元較低的每位元單位成本對總成本影響較小，有利於使用SPI NOR快閃記憶體。
密度達到512Mb以上時，儲存陣列就會佔據多數的晶片面積，因此擁有較小的單元尺寸的NAND快閃記憶體代表著，裝置總成本會比採用相同儲存容量的SPI NOR快閃記憶體更低。
針對大容量汽車軟體的儲存裝置，例如前攝影機1-2Gb的程式碼，就值得考慮使用序列NAND快閃記憶體裝置(相當於同級SPI NOR零件成本的一半)。
但在許多汽車系統設計師的心中，似乎還有另一個決定性的因素：支援無線軟體更新的需求。就這點來說，最新的序列NAND快閃記憶體技術寫入處理量更為優異，使其比SPI NOR快閃記憶體擁有更明顯的優勢。
防範新的安全威脅
無線(OTA)更新系統韌體正迅速成為下一代轎車的必備功能。主要有兩個原因：首先，越來越多汽車採用駕駛輔助和自駕功能，使汽車淪為惡意網路攻擊的最佳目標。如果汽車本身的設計就能藉由軟體來輔助駕駛，則軟體也有可能遭到駭入，使駕駛和乘客在自駕模式下落入險境。將安全修補程式套用到汽車中已遭入侵的韌體，最快的方式便是透過無線更新。
採用OTA更新的第二個原因是成本和便利性：如果在汽車停在車主的車道上時自動傳送並套用更新，可以節省車主的時間，也省下將汽車開到維修中心的麻煩，還能為製造商省下與維修中心簽訂套用更新合約的成本。此外，如果汽車製造商不用在OTA更新上花錢，則更新的頻率可比以往更高，使汽車製造商可以透過不斷更新及升級汽車的軟體功能，提高其產品的價值。
汽車市場已經完全投入於支援新車款的OTA更新。早在2017年，Bosch發言人就曾表示：「從現在起再過幾年，每輛新車都能進行自動軟體更新。」Continental公司也公開承諾，其將在ECU中實作支援OTA更新所需的技術。
關鍵參數：抹除和編程速度
要讓OTA更新有效率運作並為汽車使用者所接受，它必須夠安全、可靠，而且最重要的是，速度要快。速度對使用者來說至關重要，因為汽車在更新過程中不能使用，而為了提高運作效率：更新過程越短，汽車與原廠資料中心之間無線連線故障而中斷或停用的可能性就越低。
為了加速軟體更新，新的序列NAND快閃記憶體產品比速度最快的SPI NOR快閃記憶體有著更明顯的優勢。快速寫入是序列NAND快閃記憶體的固有特色，即使沒有採用專屬的加速技術也是如此。
圖2顯示華邦的2Gb SPI NOR快閃記憶體零件W25H02JV與2Gb序列NAND 1.8V W25N02JW(或稱QspiNAND，兩個名詞可互換)的更新時間比較。OTA更新作業分兩個階段執行：首先，將舊程式碼從記憶體中抹除，然後寫入新的程式碼。序列NAND中的抹除程序速度大約是SPI NOR的100倍。華邦高效能QspiNAND(Quad SPI NAND)快閃記憶體的編程速度大約比市面上最高速的SPI NOR快閃記憶體快五倍。整體來說，序列NAND快閃記憶體的寫入處理量比最快的SPI NOR快閃記憶體還要快十倍以上。
這代表，如果將前攝影機的2Gb軟體堆疊儲存在由兩個W25N01JW晶片組成的單片W25N02JW裝置中，則編程時間僅需35秒。將相同的程式碼儲存在採用W25H02JV的SPI NOR快閃記憶體陣列，則需要22分鐘。
圖2：SPI NOR與QspiNAND快閃記憶體裝置的寫入速度比較。(資料來源：華邦)
華邦車規級QspiNAND快閃記憶體提供的抹除和編程速度優勢，在品質上絲毫不打折扣：華邦SLC NAND快閃記憶體採用通過考驗且穩定可靠的46奈米製程，可提供與SPI NOR快閃記憶體不相上下的資料完整性和耐用度規格，為安全性至關重要的汽車應用在汽車的整個使用壽命期間提供高度可靠的效能。
新問題：啟動速度
OTA更新過程的速度促使汽車製造商採用序列NAND快閃記憶體，這種快閃記憶體能為512Mb以上的大型程式碼本體提供高寫入處理量。
但是，程式碼大小的增加卻會影響啟動速度及編程速度。在前攝影機等ADAS系統中，快閃記憶體用於程式碼映射模式：啟動時，程式碼會從快閃記憶體下載到LPDDR4等DRAM內。下載時間是決定啟動總時間的關鍵，而啟動總時間是汽車製造商非常謹慎處理的一項關鍵參數：因為駕駛都希望汽車系統在按下「發動」按鈕後的幾秒鐘內就能準備就緒。
如圖2所示，從這項參數來看，華邦的QspiNAND快閃記憶體產品提供與標準SPI NOR快閃記憶體相近的效能。讀取處理量為每秒80MB，可以在1.5秒內下載ECU的1Gb程式碼，這樣的效能對汽車環境來說可以接受。但是，如果ECU內含2Gb的程式碼，則下載時間將增加到3秒，進一步拉長了車輛的總啟動時間，有些汽車製造商可能希望縮短這個下載時間。
就這部分來看，NAND快閃記憶體技術的最新發展或許很恰當(請見圖3)：華邦的OctalNAND快閃記憶體比Octal NOR快閃記憶體更具每位元單位成本優勢，如同QspiNAND優於SPI NOR，而且在寫入處理量上展現了相同的優勢。但OctalNAND受益於與DRAM類似的x8介面，提供更高的讀取處理量(每秒240MB)。使用OctalNAND快閃記憶體，下載整個2Gb程式碼只需要1秒，其速度足以滿足任何汽車製造商的啟動時間規格。
圖3：華邦電子的OctalNAND快閃記憶體可在汽車應用中實現快速啟動。(影像出處：華邦)
W35N-JW OctalNAND零件符合產業標準的8mm x 6mm BGA封裝與序列NOR快閃記憶體產品在尺寸上相容，而且與目前市場上的Xccela™快閃記憶體及Octal Flash NOR產品腳位完全相容。
成本、速度及生產效率優勢
與同級的SPI NOR快閃記憶體相比，使用QspiNAND快閃記憶體儲存512Mb以上的汽車程式碼可省下約50%的成本，本身就是一項很實用的優勢。但汽車製造商現在還發現QspiNAND和OctalNAND也能大幅縮短寫入時間，這對於OTA更新的實作甚為關鍵。
最重要的是，在向ECU寫入大量程式碼時，QspiNAND更快的寫入時間亦有助於提高在廠內的效率和處理量，讓汽車製造商有另一個理由評估，捨棄在安全和關鍵任務應用中使用傳統SPI NOR快閃記憶體儲存程式碼所能帶來的好處。
撰文: Anil Gupta, 技術總監, 華邦電子(美洲)公司