PCIe® 如何推动汽车业的未来发展？

Vamshi Kandalla GRL 首席策略官

先进的计算系统正在推动现代汽车行业的需求和创新。已达到 575 亿美元的全球智能汽车市场正在以17% 的复合年率增长，预计在 2032 年将达到 2657 亿美元¹。然而，系统或意外故障仍然是开发人员必须克服的障碍。好消息是，PCI Express® (PCIe®) 架构支持的功能安全 (FuSA) 可以帮助弥补汽车系统的致命缺点。

PCIe 的冗余架构方面可实现符合当今严格的安全标准的错误检测、纠正以及报告功能。根据 ABI Research 的 ”PCI Express 市场机遇“报告²，使用 PCIe 应用汽车存储和非存储功能的总可寻址市场（TAM）将以 53% 的复合年增长率，从 2022 年的 7797 万美元增至 2030 年的 36.1 亿美元。

基于 PCIe 的汽车存储

基于 PCIe 的存储在汽车数字驾驶舱中的作用

现代的汽车数字驾驶舱利用最先进的技术来提高驾驶舒适度。而该驾驶舱存储以TB计算的数据量。数据记录的监管要求强调了可靠高速数据存储解决方案的重要性。数据的传输，存储，处理，和保护都是实施存储解决方案时的关键考量因素。目前其简单的集成和部署路径以及短暂上市时间的 PCIe 技术就因此受到青睐。

此外，可扩展及虚拟化的 PCIe 善于构建模块化处理架构。比方说，想要提高数据交换速率没必要彻底修改应用程序。只需向 PCIe 接口添加额外通道就行。这使应用以最少的处理器交互实现高传输速率。此外，开发人员还可以受益于虚拟化支持和扩展功能，例如 SR-IOV（单根 IO 虚拟化）和 ATS（地址转换服务），以解决了安全问题。

集中式 NVMe/PCIe 存储给汽车应用带来的优势

由于最初为汽车环境设计的SoC适应于移动设备，汽车 IVI（车载信息娱乐）应用通常使用基于通用闪存（UFS）接口的存储解决方案。这也让 UFS 已成为智能手机中基于 eMMC 存储的继任者。

然而，基于 PCIe 的解决方案在顺序和随机读写操作方面均明显优于基于 UFS 的解决方案（图 1）。因此，前者在下一代汽车 IVI 平台中的广泛采用也不足为奇。PCIe 接口在数据存储和访问方面也不处于劣势。比如，基于 NVMe 构建的汽车级固态硬盘 (SSD) 完全满足最高数据传输速度的要求。此外，PCIe 接口协议比其他接口更高效，与 UFS 相比具有额外的低延迟优势。

图 1：基于 UFS 和基于 PCIe 的存储解决方案之间的性能差异（来源：PCI-SIG®）

通过高级驾驶辅助系统 (ADAS) 实现自动驾驶

想保证高速行驶安全的系统必须拥有处理来之高清摄像头，雷达和激光雷达的多达20个传感器的数据量。高级驾驶辅助系统（ADAS）通过高计算能力，可以准确地预测车辆周围环境并执行精确的判断。而 PCIe 技术通过提供低延迟连接和高处理能力，可以满足计算需求方面至关重要的作用³。

未来汽车发展趋势

市场压力和新法规也提高了半导体技术的需求。同时，开发人员还必须努力缩短开发周期、增强网络安全和先进功能，以成功集成半导体。PCIe 支持集中式区域架构的能力再次使其成为强大且多功能的解决方案，可以适应不断复杂化的系统以及网络安全标准。

缩短的开发周期

即使汽车制造商竞相追赶国际竞争对手的快速步伐，严格的汽车安全标准和测试仍然导致新技术落后 5 至 7 年。然而，中国制造商的进展正将这一差距缩小到 3 至 5 年⁴。

凭借 PCIe 可支持 x1 到 x16 的灵活链路宽度的能力，汽车制造商可以缩短汽车应用开发时间并快速适应新技术要求。此外，PCIe 的内置功能（例如错误检测和报告）以及可互操作的现成组件同样使开发流程以及上市时间进一步缩短⁵。

集中式区域架构

集中式区域架构将车辆功能整合到更少、更强大的电子控制单元 (ECU) 中。这不断简化了管理过程，同时也平滑了软件更新，降低复杂性和维护成本。更少的 ECU 也意味着更高的通信效率以及更强的系统性能。这种集中式架构与 ADAS、无线 (OTA) 更新和强化的车辆连接等现代智能汽车组件无缝结合⁶。

网络安全合规性

随着汽车制造商不断解决射频远程解锁系统等防盗措施的安全漏洞，黑客群将从车辆内部接口中寻找突破口。当局已经在起草新的法规来应对黑客的操作。例如，联合国关于网络安全的第 155 号法规对汽车制造的整个过程提出了严格的管理和保护要求，包括软件、系统、组件以及知识产权。

从 2024 年 7 月开始，联合国第 155 号法规正式要求汽车制造商遵守合规要求，作为参与欧盟市场的先决条件。PCIe 可以通过完整性和数据加密（IDE）等功能，确保对通过 PCIe 链路传输的数据包进行硬件级加密和完整性检查，为内部接口的复杂攻击提供额外的保护层⁷。

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参考资料

Published by GRL Team May 27, 2024

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