全球首款四端口 SSD 将如何推动智能汽车架构变革
作者：Puneet Sharma 来源：Micron美光科技
如今汽车正逐渐成为“车轮上的数据中心”，而先进功能和计算架构的创新也使得这一称号愈加贴切。例如，智能汽车是目前最复杂的由软件驱动的机器，运行约一亿行代码，随着 AI 在汽车中的兴起，这一数字预计很快将攀升至 10 亿行。然而问题在于当前的汽车架构设计并不足以支持数据量的爆炸式增长。目前汽车架构和存储系统都需要改进。那么该如何做呢？
向集中式架构转变
现如今，汽车正从传统的域分布式架构转变为分区架构，通过集中决策来简化设计。事实上，据麦肯锡预测，到 2030 年，全球采用分区架构的汽车比例将达到约 18%，并将持续增长。
在现有的域架构内，车内系统按照其功能进行分组，如车载信息娱乐系统（IVI）、连接、动力总成等。尽管这种方法曾经可行，但随着汽车系统日益复杂，传感器、摄像头和电子设备的数量呈指数级增长，部分汽车的电子控制单元（ECU）多达 150 个。这使线路布置变得更复杂和繁重，增加了成本和车身重量。
分区架构通过在电子控制器（ECU）附近的物理区域内，对系统和设备进行有效分组来简化电子设备的连接方式。这些区域内的本地控制器会连接到类似于数据中心服务器的中央高性能计算机集群上，高端汽车可配备多达四个片上系统（SoC）。目前，许多新车型的开发已经计划采用这种集中式架构，但现有的汽车存储解决方案尚不足以支持数量如此多的 SoC，难以实现理想的系统效率。
以往的架构解决方案
为解决上述问题，我们推出了车用存储新典范——美光 4150AT SSD。该款 SSD 不仅具备数据中心 SSD 的灵活性和可扩展性，还拓展了数据中心常见的双端口功能，是所有终端市场上的首款四端口 SSD，并集成了强大的单根输入/输出虚拟化（SR-IOV）功能。这些突破性的产品特性将推动汽车行业转向集中架构设计，带来更出色的智能化和安全性能。让我们一起了解其中的原理和动机。
专为新时代智能汽车打造的 SSD
多端口 SSD 与 SR-IOV 技术的融合，为同时管理数据隔离和数据共享提供了功能强大的解决方案。4150AT SSD 的每个端口都可连接到 SoC，且最多可支持 16 个虚拟机（VM），从而实现对数据访问的精准控制。
4150AT SSD 的四端口提供了多个独立的数据通道，可与主机系统同时通信。这些端口可被分配支持不同的虚拟机或工作负载，以确保数据流的严格隔离。无论是延迟敏感型应用，还是高吞吐量工作负载，多端口 SSD 都能提供所需的灵活性，缩短获取洞察的时间。
此外，借助 SR-IOV 技术，4150AT SSD 能够支持多达数十个虚拟机，考虑到当今重负荷型 SoC 越来越多地采用虚拟化来执行多任务处理，这种能力至关重要。值得注意的是，每个虚拟机都可拥有专属的独立存储区域或命名空间用于存储和访问数据，同时亦可与其他虚拟机共享数据池。这种系统架构可有选择地分配端口，确保关键数据保持隔离状态，同时在必要时进行高效的数据共享。专有的命名空间与 SR-IOV 相结合，可确保只有连接到该命名空间的虚拟机或主机才能访问数据，从而保障关键数据的隐私性和安全性。无论是在云端、边缘计算还是数据中心，这种方式都能实现精准的存储管理。
美光在设计 4150AT SSD 时，始终将安全性放在首位，为其配备了最新的设备级保护和安全性能，包括硬件级数据加密、设备验证、安全启动和加密签名固件等。
提升现代汽车的架构效率
我们所做的一切如何能助力实现集中式架构？由于当前的存储解决方案通常只能连接到单个 SoC，因此只能针对特定的域或功能进行存储，例如 IVI、ADAS 或连接系统。这种局限性有时会导致设计团队花费大量时间和精力并进行必要的妥协，以使代码适应现有的存储空间，避免加倍扩容的发生（例如从 512 GB 增加到 1 TB）。但有时某个功能（如 IVI）的存储设备中又存在未使用或闲置的容量，而这些容量本可以由其他 SoC 用于 ADAS 或连接。美光 4150AT SSD 可替换多达四个存储设备，在精简架构的同时显著提高了效率，从而降低总体拥有成本和每 GB 存储成本。
实现跨 SoC 共享存储的另一种方法是依靠昂贵的汽车级 PCle 交换机，将 SSD 连接到多个 SoC。该方法通常功耗较高，且会占用宝贵的电路板空间。4150AT SSD 的多端口功能可无需使用交换机，为汽车制造商提供了更大的设计灵活性，同时有助于降低工作温度和功耗。
4150AT SSD 能连接多个 SoC ，减少了冗余的数据副本，从而大幅节省成本。例如，一个城市的导航数据可高达 100GB，通常会由 ADAS 和 IVI 系统共享。而当前的汽车存储解决方案需要保存至少两份这样的数据，同时还要将本地存储与所有 SoC 绑定。如果是多个城市的导航，就会产生数百 GB 不必要的数据，带来经济和空间/容量浪费。4150AT SSD 的推出将彻底改变这种情况。
从点滴出发，保护地球
目前，美光最新车用 SSD 带来的突破性优势已显而易见。而更令人兴奋的是，向集中式架构的转变将从宏观层面上为我们带来益处。根据 Vicor Power 的研究，与传统架构相比，分区架构通过简化布线减轻重量，每年可将电动汽车的续航里程增加 4,000 英里（约 6,437 公里），车辆减重多达 40 磅（约 18 公斤）。对于燃油汽车，分区架构可提高燃油效率（从而节省油费），在全球变暖加速的大环境下，有助于大幅减少碳排放。面对严峻的气候变化，任何点滴的能源节省都至关重要，我们期待汽车生态系统能够搭载美光 4150AT SSD，打造出更轻量、更简洁、更环保的汽车。
面向未来的新时代汽车
新问题需要新解决方案。为此，美光重新设计车用存储，推出了全球首款四端口 4150AT SSD。其多端口和 SR-IOV 虚拟化技术为汽车生态系统带来了前所未有的灵活性和强大功能，可轻松应对日益复杂的汽车数据工作负载。随着未来汽车中生成式 AI 和全自动驾驶技术的加速普及，汽车数据工作负载的规模与复杂性不断增加。4150AT SSD 支持集中式架构，为汽车生态系统带来可扩展、可持续的新选择，助力行业拥抱颠覆性技术，打造出更环保的未来汽车。对汽车制造商而言，美光 4150AT SSD 规格小巧，性能强大，可助力汽车生态系统重新构想与设计未来汽车，创造无限可能。激动人心的旅程才刚刚启程，就像人们所说的，重要的是过程，而非终点。
本文作者：Puneet Sharma
Puneet Sharma 担任美光嵌入式产品事业部非易失性内存（NVM）产品管理高级总监，负责管理 NVM 产品组合，包括面向汽车、工业和消费市场的 UFS、eMMC 和 SSD 等产品。从业 18 年来，Puneet Sharma在 NAND 设计、fab 集成和应用工程方面积累了丰富经验。截至目前，他获得了 18 项美国和国际专利。
