Auto a guida autonoma: cresce la domanda per lo storage

Le auto a guida autonoma non sono destinate a rimanere confinate nei reparti di ricerca e sviluppo delle principali aziende del settore: diventeranno presto una realtà. I più recenti modelli di autovetture usciti sul mercato, sono infatti equipaggiati con numerosi sistemi per l'assistenza alla guida (ADAS), e le tecnologie per l’interconnessione tra i veicoli sono già dietro l’angolo. Tutte queste funzionalità richiedono un’elevata capacità di elaborazione in tempo reale, che dovrà essere accompagnata da dispositivi per lo storage adatti a supportarle. Scopriamo in questo articolo come le soluzioni SanDisk per il settore automotive possono soddisfare queste esigenze

Introduzione

I sistemi avanzati di assistenza al conducente (noti anche con il termine ADAS, acronimo di Advanced Driver Assistance Systems) si stanno proponendo sul mercato automotive in modo massiccio. Le tecnologie ADAS sono oggi in grado di rilevare la presenza di oggetti, eseguire una classificazione di base, e in caso di potenziale pericolo fornire un’opportuna segnalazione al conducente. Non solo, in alcuni casi possono anche rallentare o addirittura arrestare il veicolo agendo autonomamente. Esempi di queste tecnologie sono il monitoraggio dei punti ciechi, l’assistenza per il cambio di corsia, e il sistema di allarme per prevenire le collisioni frontali.

Un passo oltre i sistemi ADAS troviamo le auto a guida autonoma, spesso indicate anche come auto senza guidatore, o ancora ‘self-driving car’. Tanti termini differenti, dunque, per esprimere il concetto di un’auto che, rispetto a un veicolo con sistema di guida tradizionale, richiede un minore (o addirittura nessun) intervento da parte del guidatore. La società degli ingegneri operanti nel settore automotive (SAE, acronimo di Society of Automotive Engineers) ha deciso di porre ordine in questo ambito, definendo attraverso lo standard J3016 sei livelli di automazione applicabili al settore delle auto. Partendo dal livello 0 (nessuna automazione), per arrivare sino al livello 5 (piena automazione), sono stati definiti i seguenti livelli:

  • livello 0: nessuna automazione - il guidatore si deve occupare di ogni aspetto della guida, anche quando è coadiuvato dai sistemi installati a bordo del veicolo;
  • livello 1: assistenza alla guida - in alcune situazioni il veicolo può accelerare, frenare o sterzare in modo autonomo, ma il guidatore deve essere pronto in ogni momento a riprendere il controllo del mezzo;
  • livello 2: automazione parziale – il veicolo ha il pieno controllo su acceleratore, freno e sterzo, ma il guidatore si deve comunque occupare del monitoraggio dell'ambiente circostante;
  • livello 3: automazione condizionata – il veicolo ha il pieno controllo su acceleratore, freno, sterzo e monitoraggio dell'ambiente, ma il guidatore deve essere pronto ad intervenire in caso di richiesta da parte del sistema;
  • livello 4: alta automazione - il sistema automatico è in grado di gestire qualsiasi evenienza, ma non deve essere attivato in condizioni di guida estreme come in caso di maltempo;
  • livello 5: completa automazione - il sistema di guida automatica è in grado di gestire tutte le situazioni inerenti la guida; non occorre più alcun intervento da parte del guidatore umano.

Sistemi come l’assistenza al parcheggio, il controllo adattativo della velocità, oppure il sistema per il mantenimento della corsia (rappresentato graficamente in Figura 1) appartengono ad esempio al livello 1. La strada per arrivare al livello 5 è quindi ancora lunga (in Figura 2 il concept relativo a un’auto totalmente autonoma).

Figura 1: schematizzazione del sistema per il mantenimento della corsia

 

Figura 2: un concept di auto completamente autonoma

Le auto a guida autonoma

Il crescente interesse da parte dei produttori per le auto autonome (e il successo decretato dall’elevato numero di visitatori) è dimostrato dal cospicuo numero di concept car presentate al recente CES 2017 [1]. Anche se occorrerà aspettare qualche anno prima che questi progetti (caratterizzati da un sempre maggiore utilizzo dell’intelligenza artificiale) si concretizzino in auto circolanti, il processo per attuare questa forma di innovazione è già stato avviato: le auto a guida autonoma stanno per arrivare sul mercato. Le tecniche di intelligenza artificiale (AI) possono avvalersi degli algoritmi di deep learning per creare un elevato grado di interazione con il guidatore, supportato anche dal riconoscimento vocale. Il numero di sensori necessari a garantire il funzionamento di questo tipo di veicoli è enorme, con conseguente crescita esponenziale della quantità di dati da elaborare e memorizzare: ogni singola auto può generare gigabyte di dati in pochi minuti di funzionamento. In questo contesto è fondamentale disporre di opportune soluzioni per lo storage, in grado di raccogliere e memorizzare i dati prodotti, garantendo affidabilità, durata, e robustezza. SanDisk offre una gamma completa di soluzioni per lo storage con certificazione automotive, sia di tipo embedded (i.NAND7250A) che su scheda SD.

La domanda per lo storage nel settore automotive

Per molti tipi di acquirente, il contenuto tecnologico presente in un’auto sta assumendo un’importanza maggiore rispetto alla motorizzazione o ad altre caratteristiche di tipo meccanico. Nel corso degli ultimi 20 anni, abbiamo assistito alla transizione da auto dotate di un contenuto elettronico minimo, ad autoveicoli con motorizzazione elettrica e ibrida, equipaggiati con diverse unità di controllo elettroniche (ECU) per il controllo del motore, delle sospensioni elettroniche, delle portiere e dei finestrini, e per garantire gli opportuni standard di sicurezza e affidabilità. L’elevato volume di informazioni generate da questi sistemi sta portando in primo piano l’attenzione sulle strategie per lo storage.

Particolarmente importante è la disponibilità di spazio per lo storage a bordo del veicolo. La necessità di disporre di elevati volumi di storage ottimizzati per l’utilizzo in condizioni estreme (tipiche del settore automotive) è destinata ad accelerare a seguito dell’introduzione di software sempre più ricco all’interno del veicolo, necessario per la transizione verso la guida semi-autonoma e quella completamente autonoma. Nel prossimo futuro, avremo veicoli a guida autonoma che richiederanno una capacità di storage on-board pari a un terabyte o superiore.

Attualmente, i sistemi per la navigazione e l’infotainment sono quelli che richiedono la maggiore quantità di potenza di calcolo e spazio per lo storage. Nel corso degli ultimi anni, è stata proprio l’evoluzione di questi sistemi a guidare il cambiamento della domanda per lo storage: si è passati da unità di memorizzazione di tipo ottico (DVD, utilizzati principalmente per contenere le mappe) a sistemi basati su memorie flash embedded (noti anche con il termine EFD, acronimo di Embedded Flash Drive, prevalentemente nel formato eMMC - embedded MultiMediaCard). Con la continua evoluzione di questi sistemi, è lecito chiedersi cosa succederà quando essi potranno connettersi a smartphone oppure al cloud. L’esperienza maturata con l’utilizzo di smartphone e tablet insegna come il dispositivo hardware venga mediamente sostituito ogni due anni, e le app aggiornate con frequenza quasi settimanale. Questo tipo di trend non può certo essere applicato al settore automotive. Il ciclo di sviluppo di un sistema di infotainment può durare sino a tre anni: ciò significa che quando questo tipo di tecnologia diventa disponibile all’utente finale, sarà già superata rispetto a quella correntemente disponibile nel settore consumer. Tenendo presente che la versione di produzione di un sistema di infotainment ha una durata attesa almeno pari a quella del modello di vettura su cui è installato (cinque anni o più), è evidente come tale sistema possa diventare obsoleto in breve tempo.

Le più recenti tecnologie permettono di collegare uno smartphone al sistema di infotainment di bordo, eseguendo alcune applicazioni di terze parti e utilizzando lo stesso schermo e tasti del sistema. Tuttavia, utilizzare uno smartphone abbinato a uno schermo posto a una certa distanza dagli occhi è molto diverso rispetto a utilizzare un’applicazione mentre si sta guidando. Tra le sfide che i sistemi di infotainment integrati nel veicolo dovranno affrontare vi è sicuramente quella di assicurare un'adeguata capacità per lo storage, in modo tale da consentire il download e la gestione di nuove applicazioni. Occorre inoltre tenere presente che l’hardware di questi sistemi viene riprogettato ogni 10-15 anni, rispetto ai tipici 5 anni che si possono riscontrare nel settore consumer.

Anche il cloud, utilizzato da numerose applicazioni per dispositivi mobile, si sta dimostrando promettente per un utilizzo nel settore automotive. A questo proposito è lecito porsi la seguente domanda: “se sul cloud si può memorizzare ed eseguire qualunque applicazione, per quale motivo gli utenti avranno bisogno di spazio per lo storage locale?”. Il cloud svolge un ruolo molto importante nella gestione e nell’aggiornamento dei dispositivi, come anche nel backup e nella raccolta dei dati. Tuttavia, tutti noi abbiamo avuto modo di sperimentare dei problemi di latenza durante il trasferimento dati dal cloud (come ad esempio quando si cerca di guardare un film in streaming durante le ore di maggiore traffico dati, oppure limitazione della banda applicata dai provider ad alcuni piani tariffari, o persino una temporanea mancanza di connettività): questi problemi dimostrano come un’auto connessa non lo sia veramente sempre, e come la connessione non sia sempre ottimale. Altri tipi di settori, come quello della TV via cavo, hanno compiuto un’analisi dettagliata del cloud, confrontandolo con altre soluzioni (come gateway o dispositivi di memoria integrati) al fine di ottimizzare costi, prestazioni e affidabilità. Con un sempre crescente utilizzo della connettività nei veicoli, è auspicabile che una simile analisi venga condotta anche nel settore automotive.

In linea di massima, aumentando la quantità di memoria disponibile a bordo del veicolo e decidendo quali informazioni debbano essere trasferite sul cloud, si può arrivare a una soluzione ottimale per ogni evenienza. Le auto connesse potranno generare circa un gigabyte di dati al secondo. Infatti, Gartner ha stimato che entro il 2020 il traffico dati annuale imputabile alle auto connesse e a guida autonoma potrà raggiungere la soglia di 280 petabytes, ovvero 280 milioni di gigabytes. Non è certo realistico aspettarsi che questa ingente mole di dati possa essere trasmessa efficientemente ai server cloud. Una soluzione basata su memoria flash integrata a bordo del veicolo (ottimizzata per impieghi di questo tipo), potrebbe risolvere molti di questi problemi. Le condizioni ambientali che devono essere affrontate nel settore automotive impongono delle severe sfide. Ad esempio, il range di temperatura in cui un dispositivo è chiamato ad operare è molto diverso da quello che si può riscontrare in un locale per server climatizzato. Inoltre, con il crescere della capacità di calcolo dei processori utilizzati, aumenta anche il calore prodotto dagli altri componenti, e quindi è più facile raggiungere delle condizioni di temperatura estreme. Il mantenimento dei dati all’interno di una memoria flash è influenzato dalla temperatura, per cui occorre prevedere degli opportuni accorgimenti in fase di progetto, tali da preservare il corretto funzionamento di questi dispositivi. I dispositivi per lo storage automotive richiedono inoltre di essere operativi anche a temperature molto basse, con ulteriori sfide da affrontare nella progettazione dei controller che gestiscono la memoria flash.

Non dimentichiamo poi che i requisiti di affidabilità del settore automotive sono in genere più severi, e con uno spostamento della domanda per lo storage dal sistema di infotainment ad altri sistemi potenzialmente più rischiosi per l’incolumità dei passeggeri (come la funzionalità di autopilota), questi requisiti diventano ancora più stringenti. L’auto connessa potrà migliorare la qualità della nostra vita, esattamente come hanno fatto i dispositivi connessi di tipo consumer (smartphone e tablet) negli ultimi anni. Con il crescere della componente elettronica all’interno dei veicoli, le aziende leader nel settore dello storage e dei dispositivi di memoria integrati, ottimizzati per questo settore in rapida evoluzione, svolgeranno un ruolo di importanza sempre maggiore nel realizzare la visione di auto connessa.

La soluzione SanDisk per lo storage automotive

Oltre alle auto a guida autonoma, destinate ad entrare in commercio entro un ragionevole lasso di tempo, un'altra tecnologia del settore automotive destinata a generare un elevato traffico di dati, e conseguente esigenze di storage, è rappresentata dalla tecnologia V2V relativa alle auto connesse. L'intero mondo dei trasporti si sta muovendo rapidamente verso la tecnologia dell'automazione, in cui operano diversi sistemi ciascuno dei quali ha le proprie esigenze di memorizzazione dei dati. Consideriamo l'immagine di Figura 3, in cui sono evidenziate le componenti di un veicolo tecnologicamente avanzato che richiedono una soluzione per lo storage (indicata con il termine NAND in quanto questo è il tipo di memoria flash utilizzato per realizzare queste soluzioni). Possiamo affermare che le auto a guida autonoma di un prossimo futuro manifesteranno esigenze di storage per le seguenti funzionalità:

  • sistemi per la guida autonoma;
  • rappresentazione di mappe in alta risoluzione (HD);
  • sistema di infotainment e di navigazione;
  • cruscotto e strumentazione digitale;
  • gateway per la comunicazione dei dati telematici;
  • sistemi per la comunicazione secondo gli standard V2V (Vehicle To Vehicle) e V2I (Vehicle To Infrastructure);
  • data logger e registratore dei dati in caso di incidente ('scatola nera'), e altro ancora.

Figura 3: la domanda per lo storage delle auto di prossima generazione

Quello dei dati è sicuramente uno dei fattore chiave che determinerà lo sviluppo e la rapida introduzione dei veicoli autonomi. La quantità di informazioni che devono essere prodotte e condivise in tempo reale è gigantesca. Una recente ricerca condotta da Gartner ha stimato che, entro il 2022, un singolo autoveicolo richiederà fino a 1 terabyte di storage. GPS, Sonar, Lidar, e radar sono tuti sensori in grado di generare, singolarmente, un volume di dati compreso tra alcune decine di kB e alcune decine di MB al secondo (a seconda della funzionalità svolta dal particolare sensore). I guidatori potranno allora accomodarsi anche sui sedili posteriori, e rilassarsi mentre l'autovettura si occuperà di svolgere autonomamente tutte le operazioni inerenti la guida.

Analogo discorso può essere applicato ai dati richiesti dal sistema di interconnessione tra i veicoli. Come visibile in Figura 4, ogni singolo veicolo può produrre sino a 72 GB di informazioni al giorno, corrispondenti a circa 26 TB all'anno.

Figura 4: volumi di scambio dati richiesti dalle auto connesse

SanDisk è in grado di offrire soluzioni avanzate per lo storage certificate per operare in ambito automotive, espressamente progettate per supportare la crescente domanda di memorizzazione dei dati nei sistemi per la sicurezza, per la guida assistita, e nei sistemi di infotainment. I dispositivi di memoria embedded  iNAND 7250A sfruttano la tecnologia flash per fornire un livello di affidabilità superiore, qualificate secondo lo standard AEC-Q100 (sia di Grado 2 che di Grado 3), garantendo alti livelli di prestazioni anche nelle condizioni più estreme di temperatura (da -40°C a +105°C). Ciò li rende la soluzione ideale per un'ampia gamma di sistemi automotive, persino in presenza di condizioni ambientali estreme come le alte temperature, derivanti da elevata temperatura ambiente unita al calore spesso dissipato dai sistemi per la guida autonoma e la connessione installati sul veicolo. Tutto il software necessario per eseguire le varie applicazioni, e i dati generati dai sensori multipli installati sul veicolo devono essere acquisiti, analizzati, trasmessi, e memorizzati da qualche parte: il posto migliore per memorizzare questi dati è rappresentato da un dispositivo di memoria flash di tipo NAND. La tecnologia flash NAND ha infatti dimostrato di operare in modo affidabile anche in ambienti estremi come quello automotive (caratterizzato da ampie escursioni di temperatura e umidità, e da forti vibrazioni). Inoltre, essa è in grado di fornire una capacità di memorizzazione significativa con un ingombro minimo, un requisito critico in applicazioni dove lo spazio fisico è limitato.

Gli attuali programmi pilota relativi a veicoli con guida autonoma in corso di valutazione in varie località del mondo, includono dispositivi di storage da decine di terabyte su ogni veicolo. Quando questi progetti pilota verranno convertiti in produzione, la quantità di storage assegnata a ogni singolo veicolo potrebbe essere in parte ridotta, o forse solo consolitata. Storicamente, lo sviluppo di applicazioni e l'utilizzo dei dati dimostrano una crescita costante della domanda per lo storage, per cui i veicoli autonomi del prossimo futuro potranno essere configurati persino con uno spazio per lo storage superiore.

Western Digital è uno dei principali fornitori mondiali di storage, e la sua storia da oltre quarant'anni si intreccia con quella delle aziende che stanno rendendo possibile l'introduzione delle auto a guida autonoma. Tramite il suo marchio SanDisk, milioni di prodotti Western Digital sono stati utilizzati nel settore automotive, dove l'azienda continua ad essere leader di soluzioni innovative.

Considerazioni conclusive

Le auto a guida autonoma stanno riscontrando un elevato interesse, e attraendo cospicui investimenti da parte di numerosi reparti di ricerca e sviluppo di produttori di veicoli e di servizi di mobilità. Non possiamo ancora sapere con certezza quando questi veicoli saranno disponibili in un autosalone, ma probabilmente ciò avverrà nel giro di qualche anno. La tecnologia dei veicoli autonomi, unita alla connessione veicolo-veicolo, richiedono una complessa integrazione di sofisticati algoritmi da eseguirsi su potenti processori. Decisioni critiche devono essere assunte in tempo reale basandosi su un'enorme mole di dati proveniente da una moltitudine di sensori. In questo contesto assume una rilevanza fondamentale la possibilità di disporre di soluzioni per lo storage affidabili, performanti, e qualificate per operare in ambiti difficili, caratterizzati da ampie escursioni di temperatura, umidità, ed elevate vibrazioni come quelli automotive.

Ringraziamenti

Si ringrazia per la collaborazione Matteo Zammattion, Responsabile del supporto tecnico di sistemi embedded in EMEA SanDisk

Riferimenti Sandisk

  • Giacomo Lorenzoni, Sales Manager Italia (email: giacomo.lorenzoni@sandisk.com)
  • Matteo Zammattio, Responsabile del supporto tecnico di sistemi embedded in EMEA (email: matteo.zammattio@sandisk.com)

 

 

 

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 27 luglio 2017

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