【“ZiDongHua ”之方案應(yīng)用場：涅槃汽車 、智能座艙 、數(shù)據(jù)存儲】2015 年起，智能化時代迎面而來：座艙智能化的開啟以大尺寸中控屏的出現(xiàn)為標(biāo)志，消費電子技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，液晶儀表、中控屏、抬頭顯示系統(tǒng)、視覺感知、語音交互等通過 域控制器實現(xiàn)集成并裝配在座艙內(nèi)，能根據(jù)駕駛員、乘客的偏好、習(xí)慣和需求，提供更加舒適、智能的駕乘體驗。

涅槃汽車: 智能座艙數(shù)據(jù)存儲技術(shù)淺析

近期，涅槃汽車發(fā)表了一篇文章，對智能座艙數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進(jìn)行解析，內(nèi)容如下：

1、 智能座艙的存儲越來越重要，容量越大越大。

我們都知道，中國新能源汽車逐步在邁向正軌，越來越多的用戶選擇具有更多智能化的新能源汽車，從最近5-10年的發(fā)展趨勢來看，汽車已經(jīng)從機械定義汽車到電子定義汽車，到最近的幾年火的發(fā)紫的軟件定義汽車。

汽車硬件通用化之后，汽車軟件的研發(fā)環(huán)境也變得更加容易，包括操作系統(tǒng)搭建、應(yīng)用生態(tài)構(gòu)建在內(nèi)的軟件應(yīng)用場景，就有了施展的空間。如同 PC 和智能手機一樣，汽車的差異化主要體現(xiàn)軟件上，即軟件定義汽車，中國新能源汽車往智能汽車方向進(jìn)化后，正在復(fù)制當(dāng)年智能手機在中國制造業(yè)快速復(fù)制的道路。

最近幾年智能座艙發(fā)展越來越快，整個智能座艙已經(jīng)是整個主機廠的“內(nèi)卷之王”的必爭場地，它可以滿足用戶的多重需求，用戶對于車輛希望越來越像手機那樣智能化，除了駕駛的舒適性外，更多的個性化設(shè)置，人機交互，都能讓用戶體驗到這個車的情感需求。

而且現(xiàn)在主機廠競爭愈發(fā)同質(zhì)化，需要形成產(chǎn)品差異化，而智能座艙恰好是一個突破口，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在移動終端市場飽和的情況下，英雄所見略同的認(rèn)為汽車將是 繼PC、手機、平板電腦之后的另外一個智能終端載體，而智能座艙就是這個載體最重要的承載物。

回顧一下手機存儲容量的趨勢變化：

在智能機興起之前，基本上就是諾基亞的功能機的天下，比如2009年諾基亞的神機5230，存儲容量就是256MB，這個容量沒有辦法存儲一部現(xiàn)在的高清視頻，當(dāng)時還是塞班系統(tǒng)，基本上沒有應(yīng)用APP的功能，就一些簡單的聽歌、打電話、簡單游戲等功能。

后面逐步發(fā)展到了2010年左右的智能手機，最開始出來的時候，蘋果4的手機存儲是16GB-32GB，那個時候可以進(jìn)行一些簡單的視頻通訊，簡單的游戲，沒有辦法本地存儲高清地圖，都是在線緩沖。

想想現(xiàn)在誰買一個新手機還不得64G容量以上，如果你是32G的iPhone7 每天刪圖片和緩存都累死了，隨便一個APP應(yīng)用就幾百MB了，微信聊天記錄就占用10個G存儲。

到最近發(fā)布的手機，手機存儲沒有一個 256G都不好說自己是最新款的手機，因為手機存儲的照片越來越高清，視頻存儲內(nèi)容也大，而且絕大部分人的手機的APP數(shù)量已經(jīng)超過100個了，所以手機存儲容量會越大越大。

再來看看汽車智能座艙的發(fā)展歷程（及存儲要求）：

1）上世紀(jì) 90 年代，機械化階段：包括機械式儀表盤及車載收音機、對講機等設(shè)備，密集的 物理按鍵操作，僅提供車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、油量等基本信息。 

此時的存儲還是以NOR FLASH為主，類似于手機的諾基亞時代，只需要存儲簡單的行駛里程，收音設(shè)置等信息，存儲需求都不會大于100MB。

2）2000-2015 年，電子化階段：電子技術(shù)進(jìn)入座艙，座艙內(nèi)配備小尺寸中控液晶顯示屏、 車載導(dǎo)航、藍(lán)牙、媒體播放設(shè)備等較為簡易的電子設(shè)備。 

這個時候的存儲需求逐步變大了，有操作系統(tǒng)了，需要存儲空間來放置操作系統(tǒng)，同時有一些地圖數(shù)據(jù)需要內(nèi)置在存儲里面，而不是像以前通過TF卡來更新地圖，因為可以聯(lián)網(wǎng)實時更新地圖了。特斯拉在這個階段甚至把網(wǎng)頁瀏覽器也放到了中央顯示屏里。這個時候車?yán)锩嫒藱C交互不多，而且沒有那么多APP應(yīng)用上車，所以此時的存儲容量基本上是16GB左右。

3）2015 年起，智能化時代迎面而來：座艙智能化的開啟以大尺寸中控屏的出現(xiàn)為標(biāo)志，消費電子技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，液晶儀表、中控屏、抬頭顯示系統(tǒng)、視覺感知、語音交互等通過 域控制器實現(xiàn)集成并裝配在座艙內(nèi)，能根據(jù)駕駛員、乘客的偏好、習(xí)慣和需求，提供更加舒適、智能的駕乘體驗。

此時就來到了類似手機智能化“堆料”時代，產(chǎn)業(yè)界一般形容智能汽車就是帶四個輪子的智能手機，其主要的原因就是，汽車硬件標(biāo)準(zhǔn)化之后，會出現(xiàn)類似當(dāng)年蘋果iPhone智能手機引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)向一樣，硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計基本固定成前后蓋夾住主板電池的直板設(shè)計后，能夠顯示產(chǎn)品差異化的，只有系統(tǒng)軟件、電子元器件配置、以及新材料材質(zhì)應(yīng)用等方面，智能手機的差異化被行業(yè)統(tǒng)稱為“堆料”行為。

先來看看常見液晶儀表對于eMMC容量的要求的訴求，下圖是使用一個i.MX6DL平臺的12.3寸全液晶儀表的項目，此時可以看到這個項目對于eMMC的容量訴求比較小，只需要533MB，最大的資源就是UI圖片資源，因為好多汽車都需要有多套UI界面的需求，比如在汽車切換為運動模式的時候，此時的UI界面就比較炫麗，而切換到經(jīng)濟模式，此時就比較平和的UI，這樣更能給用戶更好的體驗，所以儀表的存儲大小主要是圖片UI資源占用比較大。

上圖可以看到eMMC容量需求是533MB，實際4G eMMC都綽綽有余了，為什么很多主機廠都選用8G 的eMMC，主要是現(xiàn)在小容量4G的eMMC基本上快淘汰了，只剩下鎂光和閃迪有車規(guī)級的小容量eMMC芯片，而且價格也同8G eMMC相同，交期還沒有8G eMMC好，有93%的設(shè)計余量，容量浪費就浪費唄，反正價格和交期在那里。

再來看看中控導(dǎo)航主機對于eMMC的容量需求，在比較傳統(tǒng)的不帶在線地圖的導(dǎo)航主機，使用8G eMMC就夠了，主要是離線地圖占用的最大空間。

從數(shù)據(jù)來看最大的部分是離線地圖，如果是高清地圖數(shù)據(jù)這部分接近10個G，如果安裝一些應(yīng)用，比如喜馬拉雅、蜻蜓FM等等，這部分還需要預(yù)留給客戶下載數(shù)據(jù)的空間，否則用戶按照了這個應(yīng)用也無法本地下載緩存，只能在線收聽，這個是很不好的體驗，所以正常情況下的中控導(dǎo)航主機的eMMC的容量普遍是32G。

逐步開始內(nèi)卷“域控制器”

原來的座艙里面的控制器基本上是分開的，導(dǎo)航主機是一家，液晶儀表是一家，同時還有一個AVM全景一家，還有TBOX等，這里線束連接就非常復(fù)雜，而且不同供應(yīng)商直接的協(xié)調(diào)調(diào)試也非常復(fù)雜。

而且現(xiàn)在使用域控制器變更走線簡單，而且可以集中資源進(jìn)行開發(fā)，一個域控制可以替代很多不同的設(shè)備。

而這個過程中，最內(nèi)卷的莫過于域控制器，這個時候的智能座艙的“堆料”更多的是域控制器的開始大批量使用，一芯拖多屏，一個主芯片帶動不同的設(shè)備，現(xiàn)在最火的高通8155，可以帶動中控導(dǎo)航、液晶儀表、HUD、行車記錄儀、TBOX、后排頭枕顯示等等。這個時候的存儲容量需求就會變得尤為重要，需要把滿足原來各個部件存儲容量的需求，而且還加入了很多人機交互的需求，對于容量需求變的更大。

上圖是理想L9的智能座艙，官方宣傳的是：理想L9標(biāo)配兩顆高通驍龍8155芯片，同時具備24GB內(nèi)存和256GB高速存儲能力，共同組成強勁的計算平臺。

極氪001搭載的基于8155計算平臺升級而來的新一代極氪智能座艙，采用7納米制程8核CPU、16G內(nèi)存和128G存儲空間。

小鵬P7搭載的是高通曉龍820A，上一代的域控制器芯片，存儲是8+128GB的存儲容量，這個容量主要是為了讓用戶可以搭載更多的APP，而且支持小程序擴展，實用性和娛樂性都很強。

汽車裝置了完善的視覺傳感器配置，包括各種RGB圖像數(shù)據(jù)、環(huán)視光線追蹤數(shù)據(jù)、景深深度信息數(shù)據(jù)等，具有天然的ARVRMR影像生成與制作優(yōu)勢，一旦其視覺處理能力開發(fā)出來，配合智能汽車的高清顯示屏幕裝置和AR-HUD虛擬顯示裝置，最可玩的智能終端。不管是端還是云，海量的存儲空間都是必需的。

可以看到這個階段的存儲容量需求是從64G-512G發(fā)展，隨著人機交互，存儲的高清視頻內(nèi)容要求，以及域控制融合的功能大小不同，存儲的容量是逐步增大的。

總結(jié)：

其實所有的信息數(shù)據(jù)化智能產(chǎn)品都跟生物界的智力程度一樣，決定智能水平的最基本指標(biāo)就是腦容量大小。以此類比，對于智能產(chǎn)品來講，其智能化的水平也是和芯片的算力大小息息相關(guān)。

在這波智能座艙的浪潮中，存儲芯片的容量大小至關(guān)重要，最初都是依賴于存儲空間的突破。只有產(chǎn)品的存儲空間足夠的情況下，才能裝載更大的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，并存儲更多的數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)與服務(wù)。

2.智能座艙的存儲芯片的要求

既然大家都知道存儲容量越大越好，車機的內(nèi)存是不是也可以類似手機這樣，直接更換大容量芯片呢，而且手機內(nèi)存升級的技術(shù)都這么成熟了，那么在車載的域控制的存儲芯片目前都還比較小，能不能自己更換一步到位呢？

答案是還真不能直接更換，雖然都是存儲芯片，智能座艙的芯片和普通消費級的存儲芯片區(qū)別還真的不是一丁半點，接下來仔細(xì)說說。

2.2.1 安全可靠性的要求：

先來看一個案例，特斯拉因內(nèi)存問題，召回了約 13.5 萬車，其中包括 2012 至 2018 年產(chǎn)的 Model S，以及 2016 至 2018 年產(chǎn)的 Model X，特斯拉表示8GB eMMC 內(nèi)存達(dá)到壽命后，對應(yīng)的控制器會失靈，從而導(dǎo)致屏幕上的后視、除霜設(shè)定、調(diào)整轉(zhuǎn)向燈等功能都無法正常工作。這一問題一般會在用車五到六年后開始出現(xiàn)，特斯拉現(xiàn)在給出的辦法是免費更換 64GB 的 eMMC內(nèi)存。

智能座艙域控制的存儲芯片必須要達(dá)到車規(guī)級要求

由于汽車是一個耐用型消費產(chǎn)品，所以同消費電子市場不同，需要有非常久的供貨周期，由于供應(yīng)鏈的標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，而且車載存儲本身在設(shè)計和生產(chǎn)上都會面臨比較大的挑戰(zhàn)。

汽車車規(guī)級芯片的設(shè)計非常長，而且域控制的存儲芯片，存儲非常重要的一些車身控制信息，上面那個特斯拉就是一個例子，所以需要對于重要信息存儲的應(yīng)用保障，需要有非常高的安全標(biāo)準(zhǔn)。

首先要保障的就是高溫度的運行條件，普通消費電子產(chǎn)品就是在-10攝氏度-50攝氏度能夠正常工作就行，由于汽車行駛的外部環(huán)境溫度變化非常大，比如像后視鏡那個區(qū)域，太陽長時間照射后的溫度可以達(dá)到90-100度左右，這對存儲器的寬溫控制性能有很高的要求。不同位置的存儲要求還稍微有一些區(qū)別，如果是單純的娛樂產(chǎn)品，不涉及到安全應(yīng)用等數(shù)據(jù)，要求-40到85攝氏度，如果是智能座艙的域控制存儲芯片，這個至少要滿足-40度到105度的溫度設(shè)計，以保證在極低溫環(huán)境和高溫環(huán)境下的寬溫范圍內(nèi)存儲性能都可穩(wěn)定發(fā)揮，故障率為0。

信號的可靠性及完整性要求：

在很多駕駛環(huán)境下會經(jīng)常有電磁波等環(huán)境干擾，這對數(shù)據(jù)的可靠性也會產(chǎn)生不小的影響，所以在設(shè)計上也會針對存儲器的抗干擾性能做很多工作。除此之外，在關(guān)乎整車行駛安全性的部分，車載存儲器在響應(yīng)速度、抗振動、可靠性、糾錯機制、Debug機制、可回溯性以及數(shù)據(jù)存儲的高度穩(wěn)定性等方面，相比消費類產(chǎn)品來說也都提高了很多個量級。

不是所有的牛奶都叫特侖蘇，不是所有的存儲芯片都是車規(guī)級存儲芯片。芯片從設(shè)計到車上測試驗證、真正實現(xiàn)量產(chǎn)一般需要至少4~5年，是經(jīng)過長時間的驗證，不能輕易更換存儲芯片。

智能座艙域控制對于存儲容量的要求：

車機硬件主要是原始感光或應(yīng)聲部件，用于接收DMS攝像頭輸入的駕駛員面部或手部信息及OMS輸入的乘員信息。同時，接收車內(nèi)乘員輸入的相關(guān)語音信息，車載音響、顯示等硬件單元。

可以看到，智能座艙域控制的算力和存儲都非常龐大，要處理非常多的事項，包括人機交互語音、人臉、手勢等各種信息的處理。

還有中控導(dǎo)航、液晶儀表、HUD等顯示信息的輸出，還要兼容第三方軟件APP的應(yīng)用，包括天氣、地圖，還有系統(tǒng)軟件的存儲，車機權(quán)限的管理、車機OTA升級的處理等等，對于存儲芯片的要求，前面已經(jīng)提到了空間要大的訴求，除此之外還有一些其他性能的要求。

2.2.2讀取速度要快。

無論是技術(shù)還是容量，車載導(dǎo)航基本上都是復(fù)制著手機的發(fā)展趨勢，最開始車載導(dǎo)航的地圖都是使用外接的SD存儲卡進(jìn)行存儲，要更新地圖的時候，直接把SD卡取出來去4S店進(jìn)行更新最新地圖就行，而且每年都要付費。

現(xiàn)在手機的接口都從eMMC到UFS接口了，智能座艙存儲芯片的接口也會從eMMC接口變更到UFS接口了，再來看看為什么有這樣的趨勢。

2.2.3 可靈活配置SLC存儲的需求。

在5G移動網(wǎng)絡(luò)下，智能汽車還有一個內(nèi)存消耗大戶，就是事件記錄裝置。以前的汽車最多配一個行車記錄儀，記錄一些簡單的交通取證視頻，以前很多時候都是插入TF卡，把數(shù)據(jù)存儲在TF卡里面。

不同質(zhì)量的TF卡的擦寫速度不同，而且經(jīng)常振動，導(dǎo)致這個接觸不良，就會存在卡損壞，擦寫久了以后，寫卡的速度會下降的非常厲害，經(jīng)常是半年左右就要更換一張卡，否則就損壞了。上圖可以看到1200次擦除后的數(shù)據(jù)同最開始做對比，擦寫壽命降低了30%，錯誤率增加了50倍，寫卡速度也降低了90%，基本上就是處于報廢邊緣了。

大家都知道，如果開車行車記錄儀中存儲的內(nèi)容基本上是一周左右，因為那個存儲卡的刷寫都是覆蓋方式，比如一個16G的TF卡，視頻存儲滿了16G后才逐漸把前面的內(nèi)容進(jìn)行覆蓋，所以如果哪天心血來潮要看一個月的視頻數(shù)據(jù)，對不起，這個已經(jīng)覆蓋掉了。

為了改善用戶自己配卡，經(jīng)常接觸不良，一年左右就要更換TF卡的尷尬體驗，很多車廠都已經(jīng)逐步開始使用內(nèi)置的UFS的存儲器來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲。

首先還是確定一個概念，EMMC是NAND FLASH構(gòu)成的，所以NAND FLASH的SLC、MLC、TLC在EMMC中同樣存在，也會存在擦寫壽命的困擾，正常SLC可以擦寫的壽命是60000次，缺點是存儲容量低，大容量的非常貴?，F(xiàn)在大容量的EMMC芯片，主要還是MLC格式。

以1080P錄制高清視頻為例，1080P60視頻1秒鐘的數(shù)據(jù)量大小 = 2200 X 1125 X 60 = 148.5M，視頻的格式是RGB888的傳輸格式，攝像頭過來的信號基本上是YUV4：2：2，此時1S的數(shù)據(jù)量為100M，錄制一分鐘的視頻容量大小是100MB*60S= 6GB的數(shù)據(jù)，錄制一個小時視頻的原始數(shù)據(jù)就是 360GB。

此時錄制到EMMC的數(shù)據(jù)，是視頻壓縮數(shù)據(jù)，一般壓縮格式是H.264,此時壓縮的比例為60:1，此時一個小時占據(jù)的存儲大小也是6GB。

如果此時劃分32GB容量大小給到行車記錄儀進(jìn)行錄制，此時相當(dāng)于可以錄制5個小時左右的視頻就需要進(jìn)行強制覆蓋了。一天24小時，也即是可以進(jìn)行4次左右的覆蓋，按照3000次額擦寫壽命，也就是可以滿足750天的使用壽命，這個時候完全達(dá)不到車廠要求的10年的壽命周期要求。

此時可以這樣選擇，把32GB的MLC存儲空間配置為16GB SLC格式，這個時候雖然存儲空間減少為了一半，只有16GB，但是可以支持的擦寫次數(shù)變?yōu)?0000次了，此時計算出來，可以滿足17.86年的循環(huán)使用壽命。

因為智能座艙有不同存儲的要求，需要支持類似行車記錄儀等大數(shù)據(jù)的讀寫存儲，而且壽命要求比較高，所以需要支持能夠靈活進(jìn)行SLC的配置要求。

2.2.4 可支持動態(tài) 動態(tài)磨損均衡技術(shù)

由于閃存的可擦寫次數(shù)是有限的，當(dāng)某些數(shù)據(jù)被頻繁修改時容易導(dǎo)致對應(yīng)的塊很快被耗盡使用壽命，從而導(dǎo)致整塊盤無法使用，所以需要有一種技術(shù)來將這些塊的擦寫均攤一下，延長使用壽命。

首先看幾個相關(guān)的基本概念：

因為閃存不能覆蓋寫，如果要修改已有的數(shù)據(jù)需要將原有的數(shù)據(jù)擦除再寫入新的數(shù)據(jù)。被頻繁修改的數(shù)據(jù)很燙，叫做熱數(shù)據(jù)，而寫入以后就很少修改的數(shù)據(jù)無人問津就像打入了冷宮一樣，叫做冷數(shù)據(jù)。

已擦寫次數(shù)較少的block，還很年輕，生命力強，所以叫做Young block。相對的 Old block就是已擦寫次數(shù)較多的block，剩下的次數(shù)不多了。

閃存又貴還擦寫次數(shù)那么有限的，這還怎么玩？于是有了Wear Leveling這樣的技術(shù)通過磨損均衡來延長閃存的壽命。

在沒有wear leveling的情況下，某些block很可能會被頻繁的反復(fù)擦寫，最終報廢，降低了閃存的壽命。Wear Leveling技術(shù)就是將擦寫操作均攤到各個block，以防止某些block被提前耗盡使用壽命。

Wear Leveling技術(shù)按算法分為動態(tài)和靜態(tài)，按作為域分為本地和全局：

在車載領(lǐng)域重點使用的是Dynamic Wear Leveling 動態(tài)磨損均衡，當(dāng)需要覆蓋寫的時候，新的數(shù)據(jù)寫到free的page上，而舊的數(shù)據(jù)被標(biāo)記為invalid，等待垃圾回收擦除。

從上圖中可以看出2nd WRITE去改寫LBA#6的數(shù)據(jù)，被寫到了新分配的page并不是直接在原page上做修改。3rd WRITE也是同理，到Nth WRITE,數(shù)據(jù)已經(jīng)被改寫了N次，但是垃圾回收還沒有發(fā)生，所以有很多的Invalid page。

對比上圖垃圾回收的左右兩個圖，可以看到垃圾回收把Invalid的page都擦除了，而且數(shù)據(jù)LBA#6也被搬移到了新的block。這是因為就像開頭說的，閃存擦除的最小單位是block，所以當(dāng)block中有用戶數(shù)據(jù)的時候是需要遷移的。

弊端：動態(tài)磨損均衡有一個明顯的弊端是，當(dāng)一個數(shù)據(jù)是冷數(shù)據(jù)，放在那里N久都沒被修改的情況下，他所占用的block擦寫次數(shù)很少，但是又不能拿來做磨損均衡。

2.2.5 SMT燒錄數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

很多使用EMMC的廠家，這個燒錄也是非常痛苦的一個過程，有的是前面通過燒錄器提前燒錄好后，過完SMT后，在DIP組裝工序發(fā)現(xiàn)部分不開機，這個時候就非常痛苦，需要排查半天的問題。

最終定位到軟件丟失，此時又需要重新燒錄軟件（如果是內(nèi)置高清地圖10G），經(jīng)常是通過USB來升級，此時一臺的燒錄時間至少為15分鐘以上。

這個十分影響產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，如果不提前燒錄，直接在后端進(jìn)行燒錄，此時就無法通過SMT后進(jìn)行對應(yīng)的功能檢查，同時也需要大量的燒錄工裝，也是否影響整個生產(chǎn)節(jié)拍。為什么會發(fā)生掉軟件的問題呢？

前面已經(jīng)知道，TLC、MLC和SLC的差異，TLC制程的，比如在0-3.3V中要分離出8個等級，此時過SMT 245℃的回流焊接的時候，此時電平在里面極容易進(jìn)行輕微放電，此時就可能把L5的電壓修改到L4或者其他等級。

而SLC，只有高低電平的區(qū)別，此時這個反而沒有那么容易放電跌落進(jìn)去，范圍分界線比較遠(yuǎn)，所以看到掉程序的都是MLC 制程以上的eMMC，而是數(shù)據(jù)都是放電導(dǎo)致，因為機器本身沒有上電，不存在充電的情況，所以數(shù)據(jù)位的翻轉(zhuǎn)都是由1修改為0的錯誤。

目前西部數(shù)據(jù)的車規(guī)級級芯片，支持100%的預(yù)燒錄，完全讓用戶放心的使用，不用擔(dān)心SMT掉數(shù)據(jù)的風(fēng)險，解決了用戶的后顧之憂。

3、西部數(shù)據(jù) iNAND AT EU312 UFS 滿足智能座艙存儲的“白馬王子”

 3.1 高容量（存儲容量范圍從16G-256GB可選）

首先這個系列是有不同容量配置的，可以滿足智能座艙不同階段產(chǎn)品的存儲容量需求。

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