爱游戏-ADAS和汽车自动化：他山之石，可以攻玉

[导读]在设计需要低延时和高能效的可扩大系统和利用时，汽车制造商可以从数据中间那边获益很多 纳入高级驾驶辅助系统（ADAS）功能现在已成为汽车设计提高平安性和易用性的一个主要方面。制造商正在追求打造具有更高主动化程度的汽车，并终究实现完全主动驾驶（AD）。 ADAS和AD加上用户对信息文娱和个性化的期望不竭提高，意味着汽车正在逐步演化成为移动数据中间。是以，软件界说汽车（SDV）所需的要害硬件元素（IC、电路板或模块）之间的通讯对成功运营相当主要。事实上，此刻有些汽车已包括跨越1亿行代码，而Straits Research估计到2030年汽车软件市场的范围将到达近580亿美元，复合年增加率为14.8%。 软件布满了复杂性和及时处置来自各类视觉系统传感器（如摄像头、雷达、激光雷达和超声波）的年夜量数据带来了不小的挑战。例如，图1注解汽车行业利用的传统通讯根本举措措施和尺度已到达极限。以太网和节制器局域网（CAN）总线在将来的汽车架构中仍会据有一席之地，但必需进行弥补以知足高机能计较平台（HPC）在ADAS和AD中嵌入人工智能（AI）和机械进修（ML）的需求。 图1——汽车正在成为车轮上的数据中间，由于ADAS必需及时处置来自分歧类型传感器的年夜量数据 PCIe 手艺 外围组件互连高速（PCIe）手艺在2003年问世，旨在知足计较行业的需求。此刻，PCIe已摆设在航空航天和汽车范畴，被用在在必需合适DO-254尺度的固件中实行平安要害型利用。 PCIe是一种点对点双向总线，作为一种夹杂串行总线，它可以在单通道或2、4、8或16条并行通道中实行，以实现更年夜的带宽。另外，每代PCIe的机能也都在不竭晋升。图2展现了PCIe的演化环境。 图2——PCIe 的机能演化 PCIe已在一些汽车利用中获得利用，它年夜约是在第4.0代投入利用。跟着第6.0代手艺的机能晋升，其数据传输速度为64 GTps，假如利用16个通道，则总带宽可到达128 GBps。此刻恰是采取PCIe的年夜好机会，值得留意的是，PCIe还供给了向后兼容性。 汽车正在成为车轮上的数据中间，我们来斟酌在如许一个条件下为何将PCIe用在陆基数据中间。 高机能、低功耗 数据中间由一个或多个办事器和外设构成，此中包罗存储装备、收集组件和I/O，以撑持云中的HPC。PCIe在现今的高机能处置器中阐扬感化，成为在办事器与外设之间成立低延时、高速毗连的抱负总线。 例如，非易掉性存储器尺度（NVMe）专门设计用在经由过程PCIe接口与闪存共同利用。基在PCIe的NVMe固态硬盘（SSD）比利用SATA接口的SSD供给更快的读/写速度。确切，所有的存储系统，不管是SSD仍是机械硬盘，都没法供给复杂的AI和ML利用所需的机能。 经由过程PCIe在办事器中运行的利用法式之间供给低延时，这对云机能的晋升有直接帮忙。这意味着PCIe将被嵌入处处理器和NVMeSSD之外的组件傍边。它还与很多组件一路，为云与拜候云的系统之间供给网关。要留意的是，固然汽车自己正在成为移动数据中间，但它们也将成为“聪明城市”之间移动的节点。 从功耗角度来看，NVMe在数据中间的利用也备受青睐。例如，美国能源部估量一个年夜型数据中间（具有数万台装备）需要跨越100 MW的电力，而这足以供8万户家庭的电力利用。而与划一范围的SATA SSD比拟，NVMe SSD耗损的电量不到其三分之一。 在汽车范畴，功耗无疑是一个主要身分，特别是对电动汽车（EV），会直接影响到续航里程。事实上，汽车工程师（特别是电动汽车设计师），愈来愈存眷尺寸、重量和功耗（SWaP）问题。鉴在将来实行ADAS可能需要高达1 kW的功率，并且还需要液冷系统来进行热治理，所以这其实不希奇。 但一样，我们有机遇鉴戒其他范畴的经验。几十年来，航空航天工业一向在设计知足严酷的SWaP和本钱（SwaP-C）要求的产物，而且电源等液冷线路可改换单位（LRU）已在某些军事平台中利用了十多年之久。 从何处最先？ 多年以来，数据中间一向在阐扬PCIe硬件的优势，由于它们但愿针对分歧的工作负载来优化系统。它们还善于开辟采取分歧和谈的互连络统；例如，将PCIe用在对时候要求不高的通讯（如以太网用在地舆上分离的系统）。 在汽车情况中，那些“对时候要求不高”的通讯包罗传感器之间的遥测和照明节制。它们纷歧定需要PCIe，但在履行及时处置且相距仅几厘米的IC之间，需要利用PCIe来进行短距离、更高数据量的通讯。是以，优化的ADAS/AD系统极可能需要包括以太网、CAN、SerDes和PCIe。 与以太网分歧，不存在特定的汽车PCIe尺度，但这并没有限制其最近几年来在汽车利用中的利用。一样，航空航天PCIe尺度的缺掉也没有禁止年夜型航空航天/国防企业（始终致力在寻求SWaP-C优势）在平安要害型利用中利用该和谈。 因为解决方案必需针对互操作性和可扩大性进行优化，PCIe也在逐步成为汽车行业首选的计较机互连解决方案，为CPU和专用加快器装备供给超低延时和低功耗的带宽可扩大性。固然还没有出台特定的汽车PCIe尺度，但半导体供给商正在尽力让PCIe进一步在严苛的汽车情况中年夜放光华。 图 3——低延时、低功耗和毗连机能超卓的PCIe 互换芯片 例如，2022年，Microchip推出了业界首款合适Gen 4要求的汽车级PCIe互换芯片。这些互换芯片被称为Switchtec™ PFX、PSX和PAX，可供给ADAS架构平分布式、及时、平安要害型数据处置所需的高速互连。除这些互换芯片外，该公司还供给其他基在PCIe的硬件，包罗NVMe节制器、NVRAM驱动器、重按时器、重驱动器和按时解决方案，和基在闪存的FPGA和SoC。 最后，汽车行业必需斟酌的另外一件事是数据中间将本钱江南体育支出视为一种对将来年金进行投资的体例。到今朝为止，年夜大都汽车OEM一向认为本钱支出具有一次性回报（在采办时），这对硬件来讲行之有用。诚然，年夜大都OEM会不时对软件更新收费，但SDV的贸易模式需要全盘从头斟酌。纯真存眷硬件的物料清单本钱已不达时宜。 为了提高汽车的主动化程度，汽车需要成为一个高机能计较的“车轮上的数据中间”，处置来自各类传感器的年夜量数据。光荣的是，HPC已然成熟，成为高频买卖（HFT）和云的AI/ML利用法式的焦点。颠末验证的硬件架构和通讯和谈（如PCIe）就摆在眼前。这意味着汽车制造商可以从数据中间的HPC实行体例中收获颇丰。 因为AWS、Google和其他云办事供给商多年来一向在开辟和优化其HPC平台，是以年夜部门硬件和软件可以在需要时信手拈来。汽车制造商可以坐享这些现有的HPC架构，而不消从头发现，从零最先来打造解决方案。

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来历：Microchip

作者：Microchip Technology Inc.USB和收集营业部产物营销司理Daniel Leih

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