¿Qué depara el futuro para ADAS y la conectividad de vehículos?
Los avances tecnológicos en los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y la conectividad del vehículo han requerido que los fabricantes de equipos originales (OEM) automotrices revisen la arquitectura de datos utilizada en sus vehículos, con la «zonificación» como el enfoque preferido. Habilitar el procesamiento distribuido en una arquitectura zonal que se conecta a una computadora central requiere una red troncal de datos de alta velocidad con un gran ancho de banda y baja latencia a través de cables largos. Estos son requisitos esenciales para aplicaciones críticas para la seguridad que dependen de datos en tiempo real. Además, la cantidad de computación realizada a bordo de los automóviles también ha crecido considerablemente a medida que la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (ML) se han convertido en características cada vez más importantes del ecosistema automotriz. Esta publicación analiza cómoPeripheral Component Interconnect Express (PCIe ® ) y ethernet automotriz se combinan para crear la red troncal de alta velocidad necesaria para abordar estas demandas.
Ethernet automotriz
El desarrollo de estándares xBASE-T1 de múltiples velocidades para transmisión full-duplex sobre un par trenzado único (STP) ha convertido a Ethernet automotriz en una opción ideal para varias aplicaciones de automóviles, desde sensores de baja velocidad hasta proporcionar la interfaz entre ECU y simplificar Conectividad entre vehículos (IVN) dentro de la arquitectura zonal. El estándar IEEE® 802.3ch (lanzado en 2020) aumentó aún más el ancho de banda de datos hasta 10 Gbps a través de cables de hasta 15 m y admite redes sensibles al tiempo (TSN) y puentes de audio y video (críticos), requisitos esenciales para la conectividad de la cámara. Esto ha permitido a los fabricantes de equipos originales reducir el tamaño y el peso de los arneses de cableado, lo que ha dado lugar a vehículos más eficientes en combustible. Además de los avances en la capa física (capa 1), estas Ethernet automotrices aún admiten protocolos maduros en las capas 2 y 3, permitiendo que se realicen verificaciones de transmisión punto a punto hasta la capa de aplicación. Otras ventajas de esta tecnología de red incluyen su compatibilidad con sistemas operativos (OS) nativos y que la longitud de una trama de Ethernet se puede variar para que coincida con el tamaño de la carga útil de datos.
PCIe
En entornos de tipo centro de datos, PCIe se destaca como una conexión entre elementos de procesamiento de alto rendimiento y para conectar tarjetas complementarias, por ejemplo, tarjetas de interfaz de red (NIC). En el entorno del automóvil, PCIe es ideal para admitir arquitecturas de computación de alto rendimiento (HPC) de próxima generación. Los principales beneficios de rendimiento incluyen:
- Ancho de banda escalable: el ancho de banda de PCIe se ha duplicado con cada nueva generación, alcanzando las transferencias de 64 Giga por segundo para PCIe 6.0, lo que permite a los diseñadores implementar una interfaz que se escala continuamente para satisfacer la demanda cada vez mayor de ancho de banda. PCIe también ofrece anchos de enlace flexibles, donde los carriles paralelos permiten una expansión del ancho de banda (hasta un factor de 16) a una velocidad de datos bidireccional máxima de 256B/s.
- Latencia y confiabilidad ultrabajas: PCIe es un estándar de capa física que no depende del manejo de software por parte de protocolos de capa superior; por lo tanto, puede transportar datos de forma fiable con una latencia ultrabaja (del orden de decenas de nanosegundos). Esto permite que las unidades centrales de procesamiento (CPU) interactúen con motores de IA y ML dedicados en tiempo real.
- Acceso directo a memoria (DMA): PCIe no requiere paquetes para DMA (en su lugar, utiliza un tamaño de marco fijo). Esto ayuda a optimizar la latencia de los procesadores que acceden a los vastos recursos de almacenamiento de datos compartidos, como las unidades de estado sólido (SSD). Mientras que otras tecnologías de interfaz incurren en una sobrecarga en los ciclos de la CPU para acceder, copiar y almacenar en búfer los datos de la memoria desde otra ubicación, los procesadores pueden usar PCIe para acceder a los recursos de la memoria compartida de manera eficiente como si estuvieran disponibles localmente.
PCIe está basado en estándares y ha sido ampliamente adoptado por múltiples proveedores de CPU, unidades de procesamiento de gráficos (GPU) y aceleradores de hardware. Además, los componentes de alto rendimiento del ecosistema de procesamiento de datos brindan soporte nativo para PCIe como su infraestructura de red principal. Las estructuras de conmutación basadas en PCIe con topologías de puentes no transparentes (NTB) permiten compartir datos con el más alto rendimiento. A medida que los OEM automotrices avanzan hacia el procesamiento distribuido con redundancia adicional en la red troncal de datos de alta velocidad, la implementación de PCIe nativo más allá del nivel de la placa puede convertirse en una alternativa cada vez más atractiva. El enfoque tradicional de traducir PCIe a Ethernet (a través de NIC para el transporte por cable) y luego volver a la unidad de control de destino significa que se pierden los beneficios inherentes a PCIe.
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