自動車産業における PCI Express®の展望

Vamshi Kandalla
GRL 最高戦略責任者

先進的なコンピューターシステムが現代の自動車産業において需要と革新を促進しています。2023年に575億ドルの市場価値があるスマート自動車市場は、2032年までに17%の年平均成長率（CAGR）で成長すると予測されています。1だが、システムエラーや予測不可能なバグなどをこのスマート自動車市場のポテンシャルを最大限に引き出すために改善する必要があります。幸いにも、PCI Express®（PCIe®）アーキテクチャによって実現される機能安全（FuSA）は、これらの致命的な危険を軽減するのに役立てます。

PCIe冗長アーキテクチャ機能は厳しい安全規格に適合する優れたエラー検出、修正、レポート機能を実現します。ABI Research社の「PCI Express Market Vertical Opportunity」レポート² によると、車載ストレージおよび非ストレージ機能におけるPCIeアプリケーションの総アドレス可能市場（TAM）は2022年の7,797万ドルからCAGR 53%で増加し、2030年には36億1,000万ドルに達すると予測しています。

自動車産業でのPCIeベースストレージ

自動車用デジタルコックピットにおけるPCIeベースのストレージの役割

運転の快適さを向上させる最先端技術を活用する自動車用デジタルコックピットではテラバイトのデータが処理され、保管されいます。データ記録に関する規制は信頼性の高い高速データストレージ・ソリューションの必要性を強調しています。現在、PCIe技術は簡単な導入と市場に早急に出せることで他の技術より優先されて選ばれます。安全なコンプライアンスとデータプロセスの守秘義務規定の他にデータの保管や移動はストレージソリューションの大事な点となっています。

スケーラビリティと仮想化機能を誇るPCIeはモジュール式プロセッシング・アーキテクチャの構築を可能にします。PCIeインターフェースにレーンを追加することによって、データ交換レートをアプリケーション全体のオーバーホールせずに増加させることができます。この機能は最低限のプロセッサーの動作で高い転送レートを可能にします。さらに、開発者は仮想化のサポート、SR-IOV（シングルルートIO仮想化）やATS（アドレス変換サービス）のような拡張機能のメリットを活用しています。

車載アプリケーションにおける集中型NVMe/PCIeストレージの利点

車載IVI（車載インフォテインメント）アプリケーションでは
ユニバーサル・フラッシュ・ストレージ（UFS）インターフェイスをベースとしたストレージ・ソリューションを利用することがよくあります。UFSは、スマートフォンにおけるeMMCベースのストレージの後継として登場しました。

PCIeベースのソリューションはUFSベースのカウンターパートのシーケンシャルおよびランダムな読み取りと書き込み操作（図1）をはるかに超える性能をもっています。それに、次世代自動車IVIプラットフォームにも導入されています。データストレージとデータアクセスではPCIeインターフェースは他のストレージソリューションのない速いデータ転送を実現します。NVMeアーキテクチャで構築された車載グレードのソリッド・ステート・ドライブ（SSD）はこの要件に完璧に適合し、利用可能な最も速いデータ転送速度を提供します。それに加え、PCIeインターフェースプロトコルは他のインターフェースと比べて効率性も高く、UFSにもない低遅延のメリットをもたらします。

Charts showing performance disparity between UFS-based and PCIe-based storage solutions

図 1: UFS ベースのストレージ・ソリューションと PCIe ベースのストレージ・ソリューションの性能差 (出典: PCI-SIG®)

最先端ドライバー・アシスタント・システムで自動運転を実現(ADAS)

速い速度での運転でドライバーの安全を確保するには高画質カメラ、レーダーやライダーなどについてる最大20個ものセンサーから送信される多くのデータによって、膨大なコンピューティング機能とリアルタイムのデータプロセスが必要です。膨大なコンピューティング機能を使い、最先端ドライバー・アシスタント・システム(ADAS)は膨大なデータ量をリアルタイムで正確に自動車の周辺を予測し、把握できます。PCIe技術は低遅延接続とプロセス機能を提供し、これらのコンピューター機能の必要性を満たすことができます³。

自動車開発の将来トレンド

市場のプレッシャーと新しい規格は半導体対応技術の需要を高めました。だが、半導体を導入するためには製造者たちは短くなっている開発期間、より改善されていくサイバーセキュリティーや最先端の機能などに対応しなければなりません。集中型ゾーン・アーキテクチャをサポートするPCIeの能力は進化するシステムの複雑性と厳しいサイバーセキュリティ標準に対応する汎用性の高いソリューションです。

短縮された開発サイクル

自動車メーカーが国際競争相手の急速なペースに追いつこうとする中で、厳しい安全基準や試験が新しい自動車技術の遅れを5年から7年も引き起こしてしまいます。ですが、中国のメーカーはこの遅れを3年から5年に短縮しています⁴。

x1からx16までの柔軟なリンク幅に対応できるPCIeでは自動車メーカーは自動車開発期間を短縮することができ、新しい技術基準にも急速に対応できます。さらに、相互運用可能な既製コンポーネントの広範なエコシステムとともに、エラー検出とレポーティングなどのPCIeに付属されている機能によって、開発プロセスを早め、市場投入までの時間を短縮します⁵。

集中型ゾーン・アーキテクチャ

集中型ゾーン・アーキテクチャは車両機能をより少ない、より強力な電子制御ユニット（ECU）に統合します。これにより、経営が合理化されながら、ソフトウェアアップデートの複雑さも解消され、メンテナンスコストが軽減されます。ECUが少ないほどより高いコミュニケーション効率とシステムのパフォーマンスが期待できます。この集中型アーキテクチャは簡単にADAS、 Over-The-Air (OTA)アップデートと自動車コネクティビティーなどの最新スマート自動車部品に対応できます⁶。

サイバーセキュリティー・コンプライアンス

自動車メーカーが無線周波数の遠隔ロック解除システムなどの盗難防止対策のデメリットに注目する中、ハッカーたちは自動車の内部インターフェースに標的を向けています。新しい規格はこれに対処するために変わりつつあります。例えば、サイバーセキュリティに関する国連規則第155号は自動車のバリューチェーン全体でサイバーセキュリティ管理システムの導入を義務付けており、ソフトウェア、部品とIPの安全を確保しています。

2024年7月から発効する国連規則155号は、EU市場参入のために自動車メーカーに準拠を義務付けます。PCIeはIntegrity and Data Encryption (IDE)機能により、PCIeリンク経由で送信されるデータパケットのハードウェアレベルの暗号化と整合性チェックを行い、内部インターフェイスへの高度な攻撃から追加の保護を提供します⁷。

GRLで自動車デザインをテストしましょう

自動車の認証とPCIeの導入を考えている方はGRLにぜひお越しください！PCI-SIG®に承認された世界初のPCIe公認テストラボであるGRLでは1.0から6.0のPCIe規格のコンプライアンスへの道を開けます。当社の自動車コネクティビティーと充電テストサービスで簡単かつ効率的にコンプライアンスを取得しましょう。

筆者について

GRLの最高戦略責任者のVamshi Kandallaは半導体とシステム産業の分野で20年もの経験を生かし、当社に貢献しています。Vamshiは計装エンジニアリングのバチェラー資格をもっており、経営学修士号も取得しております。