在汽車工業(yè)邁向智能化、自動化的進(jìn)程中，高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)以及汽車自動化技術(shù)無疑占據(jù)著核心地位。這不僅關(guān)乎汽車的安全性、易用性提升，更意味著汽車正從傳統(tǒng)的交通工具，逐步演變?yōu)橐苿拥臄?shù)據(jù)中心。

如今，ADAS 功能已成為汽車設(shè)計中提升安全性與易用性的關(guān)鍵要素。制造商們致力于打造自動化程度更高的汽車，甚至朝著完全自動駕駛(AD)的目標(biāo)大步邁進(jìn)。與此同時，用戶對于信息娛樂以及個性化的期望持續(xù)攀升，這一切都促使汽車內(nèi)部的軟件愈發(fā)復(fù)雜，硬件間的通信也變得更為關(guān)鍵。據(jù) Straits Research 預(yù)計，到 2030 年，汽車軟件市場規(guī)模將接近 580 億美元，年復(fù)合增長率達(dá) 14.8%。汽車行業(yè)所依賴的傳統(tǒng)通信基礎(chǔ)設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)，在處理海量數(shù)據(jù)時逐漸力不從心。以 ADAS 系統(tǒng)為例，其需要實時處理來自攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)和超聲波等各類視覺系統(tǒng)傳感器的大量數(shù)據(jù)，現(xiàn)有以太網(wǎng)和控制器局域網(wǎng)(CAN)總線雖仍將在未來汽車架構(gòu)中存在，但已無法滿足高性能計算平臺(HPC)嵌入人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)的需求。

回顧歷史，外圍組件互連高速(PCIe)技術(shù)在 2003 年誕生，最初是為滿足計算行業(yè)的需求。經(jīng)過多年發(fā)展，PCIe 已廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車領(lǐng)域，在符合 DO - 254 標(biāo)準(zhǔn)的固件中實施安全關(guān)鍵型應(yīng)用。作為一種點對點雙向混合串行總線，PCIe 可在單通道或 2、4、8 或 16 條并行通道中實現(xiàn)，帶寬不斷提升。例如，從最初幾代到如今的第 6.0 代技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率已達(dá)到 64GTps，若使用 16 個通道，總帶寬可高達(dá) 128Gbps，且具備向后兼容性。

在高性能、低功耗的數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，PCIe 早已展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。數(shù)據(jù)中心由一個或多個服務(wù)器以及存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)組件和 I/O 等外設(shè)構(gòu)成，旨在支持云中的 HPC。PCIe 在服務(wù)器與外設(shè)間建立起低延時、高速連接，像非易失性存儲器標(biāo)準(zhǔn)(NVMe)專為通過 PCIe 接口與閃存配合使用而設(shè)計，基于 PCIe 的 NVMe 固態(tài)硬盤(SSD)相比使用 SATA 接口的 SSD，讀 / 寫速度更快。此外，PCIe 還能在服務(wù)器運行的應(yīng)用程序間提供低延時，對云性能提升助力顯著，這也使得它逐漸被嵌入到更多組件中，成為云與訪問云系統(tǒng)之間的重要網(wǎng)關(guān)。值得一提的是，汽車作為移動數(shù)據(jù)中心，未來也將成為 “智慧城市” 中的移動節(jié)點。從功耗角度看，在數(shù)據(jù)中心，NVMe 的應(yīng)用大幅降低了功耗，如美國能源部數(shù)據(jù)顯示，一個大型數(shù)據(jù)中心(擁有數(shù)萬臺設(shè)備)耗電超 100mw，而同等規(guī)模下，NVMe SSD 消耗電量不到 SATA SSD 的三分之一。在汽車領(lǐng)域，尤其是電動汽車(EV)，功耗直接影響續(xù)航里程，因此汽車工程師對尺寸、重量和功耗(SWAP)問題愈發(fā)關(guān)注。畢竟，未來實施 ADAS 可能需高達(dá) 1kW 的功率，還需液冷系統(tǒng)進(jìn)行熱管理，此時借鑒航空航天工業(yè)經(jīng)驗就顯得尤為重要。航空航天工業(yè)長期致力于滿足嚴(yán)格的 SWAP 和成本(SWAP - C)要求，像液冷線路可更換單元(LRU)在軍事平臺上已應(yīng)用多年。

從應(yīng)用角度出發(fā)，數(shù)據(jù)中心多年來充分發(fā)揮 PCIe 硬件優(yōu)勢，針對不同工作負(fù)載優(yōu)化系統(tǒng)，同時擅長開發(fā)采用多種協(xié)議的互連系統(tǒng)。例如，將 PCIe 用于對時間要求不高的通信，如傳感器間的遙測和照明控制;而在執(zhí)行實時處理且距離較近的 IC 間，利用 PCIe 進(jìn)行短距離、高數(shù)據(jù)量通信。在汽車環(huán)境中，優(yōu)化的 ADAS/AD 系統(tǒng)很可能會融合以太網(wǎng)、CAN、Serdes 以及 PCIe。盡管目前沒有特定的汽車 PCIe 標(biāo)準(zhǔn)，但這并未阻礙其在汽車應(yīng)用中的推廣，就如同航空航天領(lǐng)域雖無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，卻不妨礙大型企業(yè)在安全關(guān)鍵型應(yīng)用中使用該協(xié)議。半導(dǎo)體供應(yīng)商也在積極努力，讓 PCIe 在嚴(yán)苛的汽車環(huán)境中發(fā)揮更大作用。例如，2022 年 Microchip 推出業(yè)界首款符合 Gen4 要求的汽車級 PCIe 交換芯片，這些芯片能夠為 ADAS 架構(gòu)中分布式、實時、安全關(guān)鍵型數(shù)據(jù)處理提供所需的高速互連，此外，該公司還提供多種基于 PCIe 的硬件產(chǎn)品。

除了硬件通信協(xié)議方面的借鑒，汽車行業(yè)在商業(yè)模式上也可從數(shù)據(jù)中心獲取經(jīng)驗。數(shù)據(jù)中心將資本支出視為對未來年金的投資，而汽車行業(yè)中，大多數(shù)原始設(shè)備制造商(OEM)以往多將資本支出看作一次性回報，僅關(guān)注硬件物料清單成本，在軟件定義汽車(SDV)的趨勢下，這種模式亟待重新審視。

汽車的自動化進(jìn)程需要其成為 “車輪上的數(shù)據(jù)中心”，以處理海量傳感器數(shù)據(jù)。幸運的是，高性能計算在高頻交易和云的 AI/ML 應(yīng)用中已成熟，PCIe 等經(jīng)過驗證的硬件架構(gòu)和通信協(xié)議可供汽車制造商借鑒。AWS、Google 等云服務(wù)提供商長期對 HPC 平臺的開發(fā)與優(yōu)化成果，為汽車制造商節(jié)省了大量從頭研發(fā)的時間與成本，使其能夠站在巨人的肩膀上，快速構(gòu)建自己的解決方案。

展望未來，ADAS 和汽車自動化技術(shù)必將持續(xù)革新。在技術(shù)融合方面，傳感器融合、芯片技術(shù)進(jìn)步、算法優(yōu)化等趨勢將推動 ADAS 向更高級別的自動駕駛發(fā)展。在市場層面，全球 ADAS 市場將保持高速增長，普及率會大幅提升。而在這一發(fā)展過程中，持續(xù)借鑒其他領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗，將成為汽車行業(yè)攻克技術(shù)難題、優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)、創(chuàng)新商業(yè)模式的重要途徑，助力汽車行業(yè)在智能化、自動化的道路上穩(wěn)健前行，真正實現(xiàn) “他山之石，可以攻玉” 的美好愿景。