PCIe® 如何推動汽車產業的未來發展？

Vamshi Kandalla
GRL 首席策略官

先進的計算系統正在推動現代汽車行業的需求和創新。已達到 575 億美元的全球智慧汽車市場正在以17% 的複合年率成長，預計在 2032 年將達到 2,657 億美元¹。然而，系統或意外故障仍然是開發人員必須克服的障礙。好消息是，PCI Express® (PCIe®) 架構支援的功能安全性 (FuSA) 可以幫助彌補汽車系統的致命缺點。

PCIe 的冗餘架構方面可實現符合當今嚴格的安全標準的錯誤檢測、修正以及報告功能。根據 ABI Research 的「PCI Express 市場機會報告」²，使用PCIe 應用汽車儲存和非儲存功能的總可尋址市場（TAM）將以53% 的複合年增長率，從2022 年的7,797 萬美元增至 2030 年的36.1 億美元。

基於 PCIe 的汽車存儲

基於 PCIe 的儲存在汽車數位駕駛艙中的作用

現代的汽車數位駕駛艙利用最先進的技術來提高駕駛舒適度。而該駕駛艙則儲存以TB計算的資料量。資料記錄的監管要求強調了可靠高速資料儲存解決方案的重要性。資料的傳輸，存儲，處理，和保護都是實施存儲解決方案時的關鍵考慮因素。目前其簡單的整合和部署路徑以及短暫上市時間的 PCIe 技術就因此受到青睞。

此外，可擴充及虛擬化的 PCIe 善於建構模組化處理架構。比方說，想要提高資料交換速率沒必要徹底修改應用程式。只需向 PCIe 介面新增額外通道就行。這使應用程式以最少的處理器互動實現高傳輸速率。此外，開發人員還可以受益於虛擬化支援和擴展功能，例如 SR-IOV（單根 IO 虛擬化）和 ATS（地址轉換服務），以解決了安全性問題。

集中式 NVMe/PCIe 儲存為汽車應用帶來的優勢

由於最初為汽車環境設計的SoC適應於行動設備，汽車 IVI（車載資訊娛樂）應用通常使用基於通用快閃記憶體（UFS）介面的儲存解決方案。這也讓 UFS 已成為智慧型手機中基於 eMMC 儲存的後繼者。

然而，基於 PCIe 的解決方案在順序和隨機讀寫操作方面均明顯優於基於 UFS 的解決方案（圖 1）。因此，前者在下一代汽車 IVI 平台中的廣泛採用也不足為奇。 PCIe 介面在資料儲存和存取方面也不處於劣勢。例如，基於 NVMe 建構的汽車級固態硬碟 (SSD) 完全滿足最高資料傳輸速度的要求。此外，PCIe 介面協定比其他介面更有效率，與 UFS 相比具有額外的低延遲優勢。

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

圖 1：基於 UFS 和基於 PCIe 的儲存解決方案之間的效能差異（資料來源：PCI-SIG®）

透過高級駕駛輔助系統 (ADAS) 實現自動駕駛

想確保高速行駛安全的系統必須擁有處理來之高清攝像頭，雷達和光達的多達20個感測器的資料量。高階駕駛輔助系統（ADAS）透過高運算能力，可以準確預測車輛周圍環境並執行精確的判斷。而 PCIe 技術透過提供低延遲連接和高處理能力，可以滿足運算需求方面至關重要的作用³。

未來汽車發展趨勢

市場壓力和新法規也提高了半導體技術的需求。同時，開發人員還必須努力縮短開發週期、增強網路安全和先進功能，以成功整合半導體。 PCIe 支援集中式區域架構的能力再次使其成為強大且多功能的解決方案，可適應不斷複雜化的系統以及網路安全標準。

縮短的開發週期

即使汽車製造商競相追趕國際競爭對手的快速步伐，嚴格的汽車安全標準和測試仍然導致新技術落後 5 至 7 年。然而，中國製造商的進展正將這一差距縮小到 3 至 5 年 ⁴。

憑藉 PCIe 可支援 x1 到 x16 的靈活鏈路寬度的能力，汽車製造商可以縮短汽車應用開發時間並快速適應新技術要求。此外，PCIe 的內建功能（例如錯誤偵測和報告）以及可互通的現成組件同樣使開發流程以及上市時間進一步縮短⁵。

集中式區域架構

集中式區域架構將車輛功能整合到更少、更強大的電子控制單元 (ECU) 中。這不斷簡化了管理過程，同時也平滑了軟體更新，降低複雜性和維護成本。更少的 ECU 也意味著更高的通訊效率以及更強的系統效能。這種集中式架構與 ADAS、無線 (OTA) 更新和強化的車輛連接等現代智慧汽車組件無縫結合⁶。

網路安全合規性

隨著汽車製造商不斷解決射頻遠端解鎖系統等防盜措施的安全漏洞，駭客群將從車輛內部介面中尋找突破口。當局已經在起草新的法規來應對駭客的操作。例如，聯合國關於網路安全的第 155 號法規對汽車製造的整個過程提出了嚴格的管理和保護要求，包括軟體、系統、組件以及智慧財產權。

從 2024 年 7 月開始，聯合國第 155 號法規正式要求汽車製造商遵守合規要求，作為參與歐盟市場的先決條件。 PCIe 可以透過完整性和資料加密（IDE）等功能，確保對透過 PCIe 連結傳輸的資料包進行硬體級加密和完整性檢查，為內部介面的複雜攻擊提供額外的保護層⁷。

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關於作者

Vamshi 憑藉在半導體行業超過 20 年的經驗，為 GRL 帶來了引人注目的成功策略。在加入 GRL 之前，Vamshi 是 Symmetricom 全球嵌入式解決方案部門的負責人，負責全球行銷、產品管理、技術管理和業務創建；並在 Applied Micro、MosChip Semiconductor 和 Standard Microsystems (SMSC) 擔任領導職務。 Vamshi 擁有 B.E. 在儀器工程和MBA學位。