由于許多汽車制造商希望減少車輛中的組件數(shù)量，因此 eCockpit 和高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 功能的添加反而促使他們增加組件數(shù)量。在這場拉鋸戰(zhàn)中，有沒有辦法通過使用虛擬化來減少存儲單元的數(shù)量以及減少常用數(shù)據(jù)的重復(fù)副本，從而在應(yīng)用程序之間共享存儲？本文著眼于單根輸入/輸出虛擬化 （SR-IOV），以及它如何成為整合和減少軟件定義汽車 （SDV） 中所需存儲量的可能解決方案。

單根輸入/輸出虛擬化 （SR-IOV） 與虛擬機管理程序

SR-IOV 已經(jīng)存在多年，但它主要針對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，以幫助提高虛擬化和云環(huán)境中的性能、可擴展性、資源利用率和安全性?，F(xiàn)在，它正在進入汽車等其他市場。SR-IOV 功能不僅限于數(shù)據(jù)存儲設(shè)備;但是，在本文中，我們將討論僅限于固態(tài)磁盤 （SSD）。

首先，讓我們看看 SR-IOV 的組件及其功能。SR-IOV 包含物理功能 （PF），這些功能是負責(zé)將數(shù)據(jù)移入和移出 SSD 的 PCIe 功能。通常，每個主機有一個 PF。多個主機也可以與單個 PF 一起使用，但它需要一個 PCIe 交換機。將多個主機直接連接到 SSD 將需要每個主機一個 PF。

虛擬功能 （VF） 也是支持?jǐn)?shù)據(jù)流并確定設(shè)備資源配置方式的 PCIe 功能。概括地說，將 PF 視為主機的端口。VF 是為其支持的虛擬機 （VM） 的存儲設(shè)備進行分區(qū)的方式。SR-IOV 通過消除數(shù)據(jù)通過虛擬機管理程序的需要以及消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引起的開銷，從而改善了延遲，從而簡化了這一過程（圖 1）。

西部數(shù)據(jù)圖1. SR-IOV 架構(gòu)消除了虛擬機管理程序對事務(wù)施加的開銷。

VF 可以擁有自己的命名空間（存儲分區(qū)），也可以在 VF 之間共享命名空間。例如，一個設(shè)計可以同時為車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI—（VM1）和ADAS（VM2）提供相同的地圖數(shù)據(jù)。VM 可以共享映射數(shù)據(jù)所在的命名空間，而不是兩個副本。

近年來，汽車應(yīng)用對 SR-IOV 的興趣日益濃厚。已經(jīng)提出了簡單的單端口到多端口解決方案。讓許多主機共享一個存儲設(shè)備的想法似乎是減少組件和節(jié)省成本的好方法。這可以通過使用帶有 PCIe 交換機的單端口 SR-IOV SSD 或多端口 SR-IOV 來實現(xiàn)。

多端口設(shè)備的優(yōu)點是不需要交換機。缺點是，如果多端口設(shè)備只有四個通道，而在四端口的情況下，每個端口都有一個通道。這將導(dǎo)致每臺主機只能獲得 SSD 最大性能的 25%，即使其他主機處于空閑狀態(tài)。

在 PCIe 交換機解決方案中，該交換機具有單個端口，可幫助片上系統(tǒng) （SoC） 最大限度地提高可用吞吐量，因為所有四個通道都可供其使用。例如，如果有 4 臺主機，其中 3 臺處于空閑狀態(tài)，則活動主機將獲得 100% 的四通道帶寬。

如果性能不是一個問題，那么下一個障礙是使此類設(shè)計正常工作所涉及的軟件的復(fù)雜性。這可能是許多人的絆腳石，需要恢復(fù)到更簡單的架構(gòu)（圖 2）。

西部數(shù)據(jù)

圖2. 兩臺主機通過 PCIe 交換機訪問單端口 SR-IOV SSD。命名空間專用于每個 PF 和 VF，但也有一個所有 VF 都可以訪問的共享命名空間。

SoC、SR-IOV 和汽車

即使 SoC 變得更強大，每輛車所需的數(shù)量減少，對 SR-IOV 的需求仍將存在，甚至?xí)黾印Ｔ?eCockpits 中，每個功能都將具有單獨的 VM/VF——數(shù)字集群、導(dǎo)航、遠程信息處理、乘客娛樂和行車記錄儀。ADAS/AD 也將需要 VM/VF。事件數(shù)據(jù)記錄器 （EDR） 將具有高耐用性 （SLC） 命名空間。雖然對 SR-IOV 的需求將繼續(xù)存在，但我們將看到對多端口 SSD 的需求減少。

單端口 SR-IOV 解決方案可以支持多個主機（無需交換機）的另一種方式是讓間接主機的數(shù)據(jù)通過直接連接到 SSD 的單個主機。圖 3 顯示了如何在高層次上完成此作。

西部數(shù)據(jù)

圖3. 多個主機通過單個連接的主機 （SoC 1） 共享一個單端口 SR-IOV SSD。

成本是另一個不容忽視的考慮因素。SSD 支持的端口越多，成本就越高。最初，人們認為汽車級 PCIe 交換機的成本太昂貴，因此使多端口 SSD 成為更有利的選擇。然而，隨著越來越多的供應(yīng)商進入市場，成本已經(jīng)下降，除了前面提到的性能優(yōu)勢外，這成為一個非常好的選擇。

多端口 SSD 也缺乏任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這使得每個供應(yīng)商都有自己的“定制”設(shè)計，汽車行業(yè)希望避免這種情況，以實現(xiàn)供應(yīng)連續(xù)性和選擇。從長遠來看，單端口 SR-IOV SSD 將成為主流。

遷移到 SR-IOV

雖然汽車市場對集成 SR-IOV 技術(shù)尚不陌生，但采用該技術(shù)的愿望非常強烈。存在用例;這只是工程師學(xué)習(xí)技術(shù)并適應(yīng)它的問題。

UFS 剛進入汽車市場時的情況也是如此。工程師們熟悉 e.MMC，但 UFS 是新的。如今，UFS 存儲設(shè)備是汽車 NAND 閃存 TAM 的最大部分。一旦生態(tài)系統(tǒng)進一步發(fā)展，客戶更習(xí)慣使用 SR-IOV，它也將成為 NAND 閃存在汽車應(yīng)用中增長的強大驅(qū)動力。