支持SR-IOV与PCIe 4.0，四端口车规级SSD容量突破TB级

为实现更高水平的自动驾驶，如今的智能汽车正逐渐成为“车轮上的数据中心”。例如，据汽车行业估计，目前一辆高端现代化智能汽车的软件代码行数超过1亿行，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。

这种复杂性使得一级供应商和OEM厂商面临巨大的压力。然而这还仅仅是智能汽车，这一当前最复杂的、由软件驱动的机器所遇到的挑战之一，随之而来的以AI和先进算法为特性的丰富车载体验、不断强化的车辆信息安全、更强的环境认知能力、更高的计算能力，让当前的汽车架构和存储系统越来越“难以招架”。 

向集中式架构转变

之所以说“难以招架”，是因为在现有的汽车域架构内，车内系统按照功能进行分组，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。

市场现有解决方案通常只能连接到单个SoC，所以常被用于单个汽车系统，导致容量出现闲置。如要将SSD连接到多个SoC，OEM厂商必须使用昂贵的汽车级PCIe交换机，通过软件调动多个SoC工作，随着域控制器数量增加，还可能会引发额外的延迟问题。此外，软件控制系统还需要通过高性能处理器来管理多个位置的存储解决方案。

为了提高效率、性能和降低成本，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，已经成为汽车行业的共识。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。

从环保角度来看，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，大幅减少碳排放。

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。   

而美光科技(Micron)日前推出的全球首款车规级四端口4150AT SSD，则为数据密集型自动驾驶和AI智能汽车工作负载提速，做出了有益的尝试。

根据美光企业副总裁暨嵌入式产品事业部总经理Kris Baxter的介绍，该产品容量高达 1.8TB，不但提供多达四个片上系统(SoC)接口，还能够在4KB传输中实现高达600,000 IOPS(每秒输入/输出操作次数)和100,000 IOPS的随机读取和随机写入速度，并支持单根输入/输出虚拟化(SR-IOV)、PCIe®4.0接口和坚固耐用的车规级设计等特性，为软件定义智能汽车的集中存储提供了更多的灵活性和强大功能。

美光企业副总裁暨嵌入式产品事业部总经理Kris Baxter

到底有何不同？

美光方面称，4150AT SSD的设计灵感来自数据中心SSD，提供了强大的可定制化功能，但为了应对新一代汽车架构带来的挑战，还量身打造了以下独特的功能：

• 支持多端口

可连接多达四个SoC绝对是4150AT SSD的最大亮点。这意味着，随着车辆需要同步处理的任务日益增加，并且它们来自不同系统，例如高级驾驶辅助系统(ADAS)、车载信息娱乐系统(IVI)，以及支持AI功能的智能座舱——4150AT SSD可同时高效管理来自多个SoC的数据流。

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 512GB增加到1TB)。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。

如果说的再具体一些，就是汽车OEM厂商可将一个端口连接到ADAS系统，另一个端口连接到IVI系统，每个端口在存储私有数据的同时还能够访问公共的关键地图数据，从而降低每GB存储的成本。由于两个系统可同时访问共享数据，且减少了数据副本冗余，通过这种方式既可提高性能又能消除存储瓶颈。

换另外一个角度来看，4150AT SSD提供的四个端口还可减少对额外存储设备的需求。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。但如要将SSD连接到多个SoC，OEM厂商必须使用昂贵的汽车级PCIe交换机。通过多系统集中式存储，4150AT SSD在简化架构的同时，还能显著提高系统效率。

• 支持虚拟化 

考虑到当今重负荷型汽车SoC越来越多地使用虚拟机来完成包括自动驾驶和车对车通信等不同功能的多任务处理，支持多主机工作负载显得至关重要。4150AT SSD的SR-IOV功能最多可支持64台虚拟机(VM)，可为单个SoC及其虚拟机提供相互隔离的存储区域，既支持本地数据处理，又能与其他虚拟机共享数据池，从而最大限度地提高效率。

SR-IOV功能的优势在于能将虚拟机(VM)的输入/输出(I/O)直接导向SSD硬件，这与典型的半虚拟化形成了鲜明对比——在半虚拟化系统中，输入/输出(I/O)经过软件管理程序才能导入SSD，从而导致延迟。通过绕开软件层，4150AT SSD可将随机读取性能提升至高三倍。

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。

同时，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。

• 增强安全性

得益于其独特的虚拟化功能，4150AT SSD可帮助汽车制造商提升安全性能。基于SR-IOV虚拟化，每台虚拟机(VM)的数据在硬件上与其他数据相互隔离，既可减少数据或代码泄漏，又可防止黑客对单台虚拟机的攻击危及到其他虚拟机，从而维护关键数据的隐私和安全。

• 可定制耐用模式

4150AT SSD采用三层单元(TLC)NAND 打造，但经过配置后，可支持单层单元(SLC)和高耐用度(HE-SLC)数据耐用度组，分别提供比TLC强20倍和50倍的耐用度，能够更好地满足独特的数据处理需求。例如，HE-SLC耐用度组可用于重度写入用例，如黑匣子连续数据记录，帮助汽车不断重新记录来自传感器、摄像头和激光雷达的关键数据。在这种每隔几分钟就需要对数据进行编程和擦除的情况下，HE-SLC模式可提供所要求的耐用度，而无需使用DRAM等更昂贵的易失性存储。

• 专为汽车行业的严苛要求而打造

4150AT SSD支持汽车安全系统所要求的汽车安全完整性ASIL B等级，采用球栅阵列(BGA)封装，支持车载环境中宽泛的工作温度范围，并可承受车辆在恶劣环境中可能遭遇的冲击和振动。

Kris Baxter表示，使用车规级产品是一笔很“值得的买卖”。产品的耐用性至关重要，它能够有效降低TCO。如果消费者在购车之初选择车规级产品，它看似比非车规级的更昂贵。但从长远来看，消费者无需频繁将车辆送入维修店，也无需经常更换车上的零件，这有助于降低TCO。此外，对汽车OEM来说，高质量形象更受消费者青睐，若产品存在缺陷，其性能将随时间逐渐下降。

结语

不断迭代的导航、驾驶员辅助、电源管理和座舱体验正在推动汽车内存和存储单元发展。按照Kris Baxter的说法，美光已在汽车行业深耕超过30年，无论用于快速启动(fast boot)和可靠启动(reliable boot)的NOR Flash，或是用于缓存的低功耗DDR4和DDR5，又或者车规级NAND Flash、SSD，美光都拥有最广泛的车规级产品组合，能够助力汽车生态系统重新构想与设计面向未来的新时代汽车。