ADAS 和汽车自动化：他山之石，可以攻玉

在汽车工业迈向智能化、自动化的进程中，高级驾驶辅助系统(ADAS)以及汽车自动化技术无疑占据着核心地位。这不仅关乎汽车的安全性、易用性提升，更意味着汽车正从传统的交通工具，逐步演变为移动的数据中心。

如今，ADAS 功能已成为汽车设计中提升安全性与易用性的关键要素。制造商们致力于打造自动化程度更高的汽车，甚至朝着完全自动驾驶(AD)的目标大步迈进。与此同时，用户对于信息娱乐以及个性化的期望持续攀升，这一切都促使汽车内部的软件愈发复杂，硬件间的通信也变得更为关键。据 Straits Research 预计，到 2030 年，汽车软件市场规模将接近 580 亿美元，年复合增长率达 14.8%。汽车行业所依赖的传统通信基础设施和标准，在处理海量数据时逐渐力不从心。以 ADAS 系统为例，其需要实时处理来自摄像头、雷达、激光雷达和超声波等各类视觉系统传感器的大量数据，现有以太网和控制器局域网(CAN)总线虽仍将在未来汽车架构中存在，但已无法满足高性能计算平台(HPC)嵌入人工智能(AI)和机器学习(ML)的需求。

回顾历史，外围组件互连高速(PCIe)技术在 2003 年诞生，最初是为满足计算行业的需求。经过多年发展，PCIe 已广泛应用于航空航天和汽车领域，在符合 DO - 254 标准的固件中实施安全关键型应用。作为一种点对点双向混合串行总线，PCIe 可在单通道或 2、4、8 或 16 条并行通道中实现，带宽不断提升。例如，从最初几代到如今的第 6.0 代技术，数据传输速率已达到 64GTps，若使用 16 个通道，总带宽可高达 128Gbps，且具备向后兼容性。

在高性能、低功耗的数据中心领域，PCIe 早已展现出独特优势。数据中心由一个或多个服务器以及存储设备、网络组件和 I/O 等外设构成，旨在支持云中的 HPC。PCIe 在服务器与外设间建立起低延时、高速连接，像非易失性存储器标准(NVMe)专为通过 PCIe 接口与闪存配合使用而设计，基于 PCIe 的 NVMe 固态硬盘(SSD)相比使用 SATA 接口的 SSD，读 / 写速度更快。此外，PCIe 还能在服务器运行的应用程序间提供低延时，对云性能提升助力显著，这也使得它逐渐被嵌入到更多组件中，成为云与访问云系统之间的重要网关。值得一提的是，汽车作为移动数据中心，未来也将成为 “智慧城市” 中的移动节点。从功耗角度看，在数据中心，NVMe 的应用大幅降低了功耗，如美国能源部数据显示，一个大型数据中心(拥有数万台设备)耗电超 100mw，而同等规模下，NVMe SSD 消耗电量不到 SATA SSD 的三分之一。在汽车领域，尤其是电动汽车(EV)，功耗直接影响续航里程，因此汽车工程师对尺寸、重量和功耗(SWAP)问题愈发关注。毕竟，未来实施 ADAS 可能需高达 1kW 的功率，还需液冷系统进行热管理，此时借鉴航空航天工业经验就显得尤为重要。航空航天工业长期致力于满足严格的 SWAP 和成本(SWAP - C)要求，像液冷线路可更换单元(LRU)在军事平台上已应用多年。

从应用角度出发，数据中心多年来充分发挥 PCIe 硬件优势，针对不同工作负载优化系统，同时擅长开发采用多种协议的互连系统。例如，将 PCIe 用于对时间要求不高的通信，如传感器间的遥测和照明控制;而在执行实时处理且距离较近的 IC 间，利用 PCIe 进行短距离、高数据量通信。在汽车环境中，优化的 ADAS/AD 系统很可能会融合以太网、CAN、Serdes 以及 PCIe。尽管目前没有特定的汽车 PCIe 标准，但这并未阻碍其在汽车应用中的推广，就如同航空航天领域虽无相关标准，却不妨碍大型企业在安全关键型应用中使用该协议。半导体供应商也在积极努力，让 PCIe 在严苛的汽车环境中发挥更大作用。例如，2022 年 Microchip 推出业界首款符合 Gen4 要求的汽车级 PCIe 交换芯片，这些芯片能够为 ADAS 架构中分布式、实时、安全关键型数据处理提供所需的高速互连，此外，该公司还提供多种基于 PCIe 的硬件产品。

除了硬件通信协议方面的借鉴，汽车行业在商业模式上也可从数据中心获取经验。数据中心将资本支出视为对未来年金的投资，而汽车行业中，大多数原始设备制造商(OEM)以往多将资本支出看作一次性回报，仅关注硬件物料清单成本，在软件定义汽车(SDV)的趋势下，这种模式亟待重新审视。

汽车的自动化进程需要其成为 “车轮上的数据中心”，以处理海量传感器数据。幸运的是，高性能计算在高频交易和云的 AI/ML 应用中已成熟，PCIe 等经过验证的硬件架构和通信协议可供汽车制造商借鉴。AWS、Google 等云服务提供商长期对 HPC 平台的开发与优化成果，为汽车制造商节省了大量从头研发的时间与成本，使其能够站在巨人的肩膀上，快速构建自己的解决方案。

展望未来，ADAS 和汽车自动化技术必将持续革新。在技术融合方面，传感器融合、芯片技术进步、算法优化等趋势将推动 ADAS 向更高级别的自动驾驶发展。在市场层面，全球 ADAS 市场将保持高速增长，普及率会大幅提升。而在这一发展过程中，持续借鉴其他领域的先进经验，将成为汽车行业攻克技术难题、优化系统架构、创新商业模式的重要途径，助力汽车行业在智能化、自动化的道路上稳健前行，真正实现 “他山之石，可以攻玉” 的美好愿景。