全球首款四端口 SSD 將如何推動智能汽車架構變革

如今汽車正逐漸成為“車輪上的數據中心”，而先進功能和計算架構的創(chuàng)新也使得這一稱號愈加貼切。例如，智能汽車是目前最復雜的由軟件驅動的機器，運行約一億行代碼，隨著 AI 在汽車中的興起，這一數字預計很快將攀升至 10 億行。然而問題在于當前的汽車架構設計并不足以支持數據量的爆炸式增長，目前汽車架構和存儲系統都需要改進。那么該如何做呢？

集中式架構轉變

現如今，汽車正從傳統的域分布式架構轉變?yōu)榉謪^(qū)架構，通過集中決策來簡化設計。事實上，據麥肯錫預測，到 2030 年，全球采用分區(qū)架構的汽車比例將達到約 18%，并將持續(xù)增長。

在現有的域架構內，車內系統按照其功能進行分組，如車載信息娛樂系統（IVI）、連接、動力總成等。盡管這種方法曾經可行，但隨著汽車系統日益復雜，傳感器、攝像頭和電子設備的數量呈指數級增長，部分汽車的電子控制單元（ECU）多達 150 個。這使線路布置變得更復雜和繁重，增加了成本和車身重量。

分區(qū)架構通過在電子控制器（ECU）附近的物理區(qū)域內，對系統和設備進行有效分組來簡化電子設備的連接方式。這些區(qū)域內的本地控制器會連接到類似于數據中心服務器的中央高性能計算機集群上，高端汽車可配備多達四個片上系統（SoC）。目前，許多新車型的開發(fā)已經計劃采用這種集中式架構，但現有的汽車存儲解決方案尚不足以支持數量如此多的 SoC，難以實現理想的系統效率。

為解決上述問題，我們推出了車用存儲新典范——美光 4150AT SSD。該款 SSD 不僅具備數據中心 SSD 的靈活性和可擴展性，還拓展了數據中心常見的雙端口功能，是所有終端市場上的首款四端口 SSD，并集成了強大的單根輸入/輸出虛擬化（SR-IOV）功能。這些突破性的產品特性將推動汽車行業(yè)轉向集中架構設計，帶來更出色的智能化和安全性能。讓我們一起了解其中的原理和動機。

專為新時代智能汽車打造的 SSD

多端口 SSD 與 SR-IOV 技術的融合，為同時管理數據隔離和數據共享提供了功能強大的解決方案。4150AT SSD 的每個端口都可連接到 SoC，且最多可支持 16 個虛擬機（VM），從而實現對數據訪問的精準控制。

4150AT SSD 的四端口提供了多個獨立的數據通道，可與主機系統同時通信。這些端口可被分配支持不同的虛擬機或工作負載，以確保數據流的嚴格隔離。無論是延遲敏感型應用，還是高吞量工作負載，多端口 SSD 都能提供所需的靈活性，縮短獲取洞察的時間。

此外，借助 SR-IOV 技術，4150AT SSD 能夠支持多達數十個虛擬機，考慮到當今重負荷型 SoC 越來越多地采用虛擬化來執(zhí)行多任務處理，這種能力至關重要。值得注意的是，每個虛擬機都可擁有專屬的獨立存儲區(qū)域或命名空間用于存儲和訪問數據，同時亦可與其他虛擬機共享數據池。這種系統架構可有選擇地分配端口，確保關鍵數據保持隔離狀態(tài)，同時在必要時進行高效的數據共享。專有的命名空間與 SR-IOV 相結合，可確保只有連接到該命名空間的虛擬機或主機才能訪問數據，從而保障關鍵數據的隱私性和安全性。無論是在云端、邊緣計算還是數據中心，這種方式都能實現精準的存儲管理。

美光在設計 4150AT SSD 時，始終將安全性放在首位，為其配備了最新的設備級保護和安全性能，包括硬件級數據加密、設備驗證、安全啟動和加密簽名固件等。

提升現代汽車的架構效率

我們所做的一切如何能助力實現集中式架構？由于當前的存儲解決方案通常只能連接到單個 SoC，因此只能針對特定的域或功能進行存儲，例如 IVI、ADAS 或連接系統。這種局限性有時會導致設計團隊花費大量時間和精力并進行必要的妥協，以使代碼適應現有的存儲空間，避免加倍擴容的發(fā)生（例如從 512 GB 增加到 1 TB）。但有時某個功能（如 IVI）的存儲設備中又存在未使用或閑置的容量，而這些容量本可以由其他 SoC 用于 ADAS 或連接。美光 4150AT SSD 可替換多達四個存儲設備，在精簡架構的同時顯著提高了效率，從而降低總體擁有成本和每 GB 存儲成本。

實現跨 SoC 共享存儲的另一種方法是依靠昂貴的汽車級 PCle 交換機，將 SSD 連接到多個 SoC。該方法通常功耗較高，且會占用寶貴的電路板空間。4150AT SSD 的多端口功能可無需使用交換機，為汽車制造商提供了更大的設計靈活性，同時有助于降低工作溫度和功耗。

4150AT SSD 能連接多個 SoC ，減少了冗余的數據副本，從而大幅節(jié)省成本。例如，一個城市的導航數據可高達 100GB，通常會由 ADAS 和 IVI 系統共享。而當前的汽車存儲解決方案需要保存至少兩份這樣的數據，同時還要將本地存儲與所有 SoC 綁定。如果是多個城市的導航，就會產生數百 GB 不必要的數據，帶來經濟和空間/容量浪費。4150AT SSD 的推出將徹底改變這種情況。

從點滴出發(fā)，保護地球

目前，美光最新車用 SSD 帶來的突破性優(yōu)勢已顯而易見。而更令人興奮的是，向集中式架構的轉變將從宏觀層面上為我們帶來益處。根據 Vicor Power 的研究，與傳統架構相比，分區(qū)架構通過簡化布線減輕重量，每年可將電動汽車的續(xù)航里程增加 4,000 英里（約 6,437 公里），車輛減重多達 40 磅（約 18 公斤）。對于燃油汽車，分區(qū)架構可提高燃油效率（從而節(jié)省油費），在全球變暖加速的大環(huán)境下，有助于大幅減少碳排放。面對嚴峻的氣候變化，任何點滴的能源節(jié)省都至關重要，我們期待汽車生態(tài)系統能夠搭載美光 4150AT SSD，打造出更輕量、更簡潔、更環(huán)保的汽車。

面向未來的新時代汽車

新問題需要新解決方案。為此，美光重新設計車用存儲，推出了全球首款四端口 4150AT SSD。其多端口和 SR-IOV 虛擬化技術為汽車生態(tài)系統帶來了前所未有的靈活性和強大功能，可輕松應對日益復雜的汽車數據工作負載。隨著未來汽車中生成式 AI 和全自動駕駛技術的加速普及，汽車數據工作負載的規(guī)模與復雜性不斷增加。4150AT SSD 支持集中式架構，為汽車生態(tài)系統帶來可擴展、可持續(xù)的新選擇，助力行業(yè)擁抱顛覆性技術，打造出更環(huán)保的未來汽車。對汽車制造商而言，美光 4150AT SSD 規(guī)格小巧，性能強大，可助力汽車生態(tài)系統重新構想與設計未來汽車，創(chuàng)造無限可能。激動人心的旅程才剛剛啟程，就像人們所說的，重要的是過程，而非終點。

Puneet Sharma 擔任美光嵌入式產品事業(yè)部非易失性內存（NVM）產品管理高級總監(jiān)，負責管理 NVM 產品組合，包括面向汽車、工業(yè)和消費市場的 UFS、eMMC 和 SSD 等產品。從業(yè) 18 年來，Puneet Sharma在 NAND 設計、fab 集成和應用工程方面積累了豐富經驗。截至目前，他獲得了 18 項美國和國際專利。