新思科技具有IDE安全性的汽車級PCIe 5.0 IP解決方案

近日，全球最大的消費電子會議——國際消費電子展（CES）在美國拉斯維加斯拉開帷幕。在本屆展會上，汽車相關(guān)展商再度成為萬眾矚目的焦點，其受關(guān)注程度絲毫不遜于往屆。

此次參展的汽車制造商陣容豪華，包括豐田、本田、寶馬這樣的國際巨頭，還有長城、小鵬、極氪、法拉第未來等中國新興勢力；同時，自動駕駛技術(shù)及零部件領域的參展企業(yè)也是星光熠熠，Mobileye、高通、英偉達等國際大廠，以及禾賽科技、黑芝麻智能、京東方等中國創(chuàng)新企業(yè)紛紛亮相。

在此次展會上，人工智能（AI）技術(shù)與汽車行業(yè)的融合達到了前所未有的廣度和深度。特別是在車載娛樂系統(tǒng)、車輛控制以及自動駕駛等領域，AI技術(shù)的融入不僅極大地提升了汽車的智能化水平，更為汽車的應用場景帶來了革命性的變革。面對這一趨勢，越來越多的汽車企業(yè)開始加大在AI領域的投入，力求在這一前沿科技的浪潮中搶占先機。

與此同時，汽車企業(yè)與芯片制造商之間的跨界技術(shù)合作也成為本屆展會的一大亮點。雙方攜手，共同致力于智能座艙、智能駕駛功能等前沿技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，為汽車行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型注入了強大動力。

汽車智能化趨勢加速互聯(lián)需求

在本屆CES展會上，零跑汽車與高通宣布將開展技術(shù)合作，共同研發(fā)全新的智能座艙和智能駕駛功能；與此同時，英偉達CEO黃仁勛也宣布，英偉達與豐田將合作開發(fā)下一代自動駕駛汽車。豐田將在英偉達DRIVE AGX Orin平臺上打造下一代汽車，運行經(jīng)過安全認證的英偉達DriveOS操作系統(tǒng)。此外，包括比亞迪、理想、小米、極氪等一眾知名中國汽車品牌亦紛紛宣布與英偉達在汽車領域開展深度合作，共同探索智能駕駛的無限可能。

顯而易見，汽車的智能化浪潮正以不可阻擋之勢加速推進。而車聯(lián)網(wǎng)作為這一進程的基石，扮演著舉足輕重的角色。車聯(lián)網(wǎng)（Internet of Vehicle）是一個由車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車云網(wǎng)組成的復雜系統(tǒng)，它通過無線通信和信息交互，將車輛內(nèi)部以及車輛與外界緊密連接。每個部分都有其獨特的功能和重要性，共同構(gòu)成了現(xiàn)代智能駕駛的基礎。

從車聯(lián)網(wǎng)的定義可以看出，汽車網(wǎng)聯(lián)化的兩大方向：一方面，車內(nèi)網(wǎng)如同車輛的神經(jīng)網(wǎng)絡，主要依賴于CAN、LIN、FlexRay、MOST以太網(wǎng)等總線技術(shù)，將車內(nèi)的各類電器和電子單元緊密連接，實現(xiàn)車內(nèi)各部件信息的實時傳輸與控制，賦予車輛狀態(tài)感知、故障診斷及智能控制等能力，助力駕駛員實現(xiàn)更安全、便捷的駕駛體驗，如自動泊車、自適應巡航、車道保持輔助及碰撞預警等功能。

另一方面，車際網(wǎng)與車云網(wǎng)則實現(xiàn)了車輛與外部環(huán)境的互聯(lián)。車際網(wǎng)是一個由車輛、路側(cè)單元以及行人為節(jié)點構(gòu)成的開放式移動自組織網(wǎng)絡。它結(jié)合全球定位系統(tǒng)及無線通信技術(shù)，如專用短程通信（DSRC）、蜂窩網(wǎng)絡等，為處于高速移動狀態(tài)的車輛提供高速率的數(shù)據(jù)接入服務，實現(xiàn)V2X之間的信息交互。

而車云網(wǎng)（車載移動互聯(lián)網(wǎng)）則以車為移動終端，通過遠距離無線通信技術(shù)構(gòu)建的車與互聯(lián)網(wǎng)之間的網(wǎng)絡，實現(xiàn)車與服務信息在車載移動互聯(lián)網(wǎng)上的傳輸。這個網(wǎng)絡將車輛與云端服務連接起來，為用戶提供各種智能服務，如導航、遠程控制等。

未來，汽車將不僅僅是一個交通工具，而是逐步進化為集強大計算、通信及交互能力于一體的智能移動終端。伴隨這一轉(zhuǎn)變，它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也越來越大，這對用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕ヂ?lián)技術(shù)提出了更為嚴苛的要求——更高的數(shù)據(jù)帶寬與近乎零延遲的性能成為必備條件。

傳統(tǒng)通信技術(shù)無法滿足車內(nèi)網(wǎng)發(fā)展需求

隨著車輛智能化以及自動化水平的不斷提升，許多功能與應用程序不僅需要強大的計算能力，更對通信技術(shù)的安全性、數(shù)據(jù)帶寬及延遲提出了更高要求。如高分辨率傳感推動了傳感器和集中式處理器之間需要更高數(shù)據(jù)傳輸速率；異構(gòu)計算和AI技術(shù)需要將不同的計算任務分配給關(guān)聯(lián)的計算核心；此外，車輛還需要更多自動化的360度全方位感知，以便更好感知汽車周圍的整個環(huán)境。這些具體應用都推動了對車載高速互聯(lián)技術(shù)的需求。

目前，汽車內(nèi)部ECU之間的連接主要依賴于汽車以太網(wǎng)，而PCIe則僅用于ECU處理器內(nèi)部連接，需要通過網(wǎng)卡實現(xiàn)以太網(wǎng)和PCIe之間的轉(zhuǎn)換。然而，隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化進程的加速推進，未來的汽車就像帶四個輪子的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)量激增。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比顯示，一輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車每日會產(chǎn)生約10TB的數(shù)據(jù)量，是傳統(tǒng)燃油汽車的5至10倍，所需進行的計算量亦將呈指數(shù)級增長。因此，汽車數(shù)據(jù)骨干傳輸網(wǎng)必須支持高帶寬、低延遲的高速接口。

PCIe具有的顯著優(yōu)勢

PCIe具有以下幾大關(guān)鍵優(yōu)勢：首先，帶寬擴展性好。PCIe技術(shù)每迭代一次，帶寬便翻倍增長；同時，PCIe也提供靈活的鏈路寬度，并行通道可輕松將帶寬從×1擴展到×2、×4、×8或×16；其次，低延遲和高可靠性。PCIe集成最小數(shù)據(jù)開銷，確保硬件級的可靠傳輸，將延遲降低至幾十納秒，遠優(yōu)于以太網(wǎng)需依賴TCP/IP層軟件管理數(shù)據(jù)完整性與傳輸可靠性所導致的幾微秒延遲。

再者，PCIe支持直接訪問內(nèi)存。通過內(nèi)置的DMA方法，無需分包，大幅降低CPU處理開銷資源，進一步縮短遠程共享存儲的延遲。此外，PCIe可保證汽車安全功能。PCIe提供了豐富的錯誤檢測、CRC校驗、內(nèi)置在事務層和應用層的高級錯誤記錄和報告，消息計數(shù)器和流量控制等功能，為實現(xiàn)功能安全奠定了堅實基礎。

最后，PCIe擁有廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。作為非專有標準，PCIe已被中央處理器（CPU）、圖形處理單元（GPU）和硬件加速器等眾多廠商采用，使得現(xiàn)有組件和IP具有靈活的互操作性。

具有IDE安全性的汽車級PCIe 5.0 IP解決方案

作為芯片到系統(tǒng)設計領域的領導者，為了推動汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的進程，新思科技（Synopsys）打造了全球首款汽車級PCIe 5.0 IP解決方案。該方案囊括了PCIe控制器、安全模塊、物理層設備（PHY）以及驗證IP，可謂是構(gòu)建汽車互聯(lián)方案的理想選擇。

▲圖三 新思科技PCIe 5.0 IP解決方案

該方案能夠建立低延遲、高性能的實時安全數(shù)據(jù)連接，并可快速集成到SoC中。其中，PCIe控制器支持標準要求的所有功能，可根據(jù)端點、根端口、雙模式或交換機端口等應用場景進行靈活配置。完整性與數(shù)據(jù)加密（IDE）安全模塊，專為PCIe-SIG IDE規(guī)范設計，為事務層數(shù)據(jù)包（TLP）提供機密性、完整性和重放保護，確保數(shù)據(jù)傳輸鏈路的安全無虞，有效防范數(shù)據(jù)被窺探、篡改或重復利用。對于對性能要求嚴苛的汽車應用而言，這種高級別的安全保障至關(guān)重要。同時，IDE模塊與控制器無縫集成和預先驗證，共同構(gòu)成了高帶寬、低延遲的解決方案，滿足性能密集型應用的需求。

IDE安全模塊支持全雙工最大吞吐量，采用優(yōu)化的AES-GCM加密內(nèi)核（配備256位密鑰），對TLP數(shù)據(jù)包進行高效加密、解密及身份驗證，確保數(shù)據(jù)在傳輸全程保持安全且未被篡改。

此外，該解決方案還嚴格遵循ISO 26262和ISO/SAE 21434標準的嚴苛要求。新思科技面向汽車應用的PCIe IP解決方案包含一系列符合ISO 26262標準ASIL B級的功能安全機制，以防止在汽車系統(tǒng)的使用壽命期間發(fā)生不可預測的永久性和瞬態(tài)故障。與ISO 26262類似，為了遵守專注于道路車輛網(wǎng)絡安全的ISO/SAE 21434標準，新思科技也實施了嚴格且經(jīng)過認證的網(wǎng)絡安全流程。

結(jié)語

隨著車輛智能化、網(wǎng)聯(lián)化程度的不斷提高，汽車數(shù)據(jù)安全問題已成為不容忽視的重要議題。畢竟，一旦汽車遭受到網(wǎng)絡威脅，可能會對駕駛員、乘客乃至道路上的行人構(gòu)成重大風險。因此，汽車制造商在追求汽車智能化的同時，也必須將安全性放在首位。

新思科技的全球首款具有IDE數(shù)據(jù)安全保護的車規(guī)級PCIe 5.0 IP解決方案，不僅為功能安全和網(wǎng)絡安全樹立了新的基準，還提供了最高級別的汽車安全性。這一解決方案也將幫助汽車制造商及其技術(shù)供應商在加快設計周期和上市時間的同時，也為消費者帶來更加安全、可靠的智能汽車產(chǎn)品。

本文來自TechSugar

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