SR-IOV SSD和適用于汽車(chē)應用程序的虛擬機管理程序有什么區別？

由于許多汽車(chē)制造商希望減少車(chē)輛中的組件數量，因此 eCockpit 和高級駕駛輔助系統 （ADAS） 功能的添加反而促使他們增加組件數量。在這場(chǎng)拉鋸戰中，有沒(méi)有辦法通過(guò)使用虛擬化來(lái)減少存儲單元的數量以及減少常用數據的重復副本，從而在應用程序之間共享存儲？本文著(zhù)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(chē) （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在，它正在進(jìn)入汽車(chē)等其他市場(chǎng)。SR-IOV 功能不僅限于數據存儲設備;但是，在本文中，我們將討論僅限于固態(tài)磁盤(pán) （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），這些功能是負責將數據移入和移出 SSD 的 PCIe 功能。通常，每個(gè)主機有一個(gè) PF。多個(gè)主機也可以與單個(gè) PF 一起使用，但它需要一個(gè) PCIe 交換機。將多個(gè)主機直接連接到 SSD 將需要每個(gè)主機一個(gè) PF。

虛擬功能 （VF） 也是支持數據流并確定設備資源配置方式的 PCIe 功能。概括地說(shuō)，將 PF 視為主機的端口。VF 是為其支持的虛擬機 （VM） 的存儲設備進(jìn)行分區的方式。SR-IOV 通過(guò)消除數據通過(guò)虛擬機管理程序的需要以及消除數據轉換引起的開(kāi)銷(xiāo)，從而改善了延遲，從而簡(jiǎn)化了這一過(guò)程（圖 1）。

西部數據圖1. SR-IOV 架構消除了虛擬機管理程序對事務(wù)施加的開(kāi)銷(xiāo)。

VF 可以擁有自己的命名空間（存儲分區），也可以在 VF 之間共享命名空間。例如，一個(gè)設計可以同時(shí)為車(chē)載信息娛樂(lè )系統（IVI—（VM1）和ADAS（VM2）提供相同的地圖數據。VM 可以共享映射數據所在的命名空間，而不是兩個(gè)副本。

近年來(lái)，汽車(chē)應用對 SR-IOV 的興趣日益濃厚。已經(jīng)提出了簡(jiǎn)單的單端口到多端口解決方案。讓許多主機共享一個(gè)存儲設備的想法似乎是減少組件和節省成本的好方法。這可以通過(guò)使用帶有 PCIe 交換機的單端口 SR-IOV SSD 或多端口 SR-IOV 來(lái)實(shí)現。

多端口設備的優(yōu)點(diǎn)是不需要交換機。缺點(diǎn)是，如果多端口設備只有四個(gè)通道，而在四端口的情況下，每個(gè)端口都有一個(gè)通道。這將導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(gè)端口，可幫助片上系統 （SoC） 最大限度地提高可用吞吐量，因為所有四個(gè)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(dòng)主機將獲得 100% 的四通道帶寬。

如果性能不是一個(gè)問(wèn)題，那么下一個(gè)障礙是使此類(lèi)設計正常工作所涉及的軟件的復雜性。這可能是許多人的絆腳石，需要恢復到更簡(jiǎn)單的架構（圖 2）。

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圖2. 兩臺主機通過(guò) PCIe 交換機訪(fǎng)問(wèn)單端口 SR-IOV SSD。命名空間專(zhuān)用于每個(gè) PF 和 VF，但也有一個(gè)所有 VF 都可以訪(fǎng)問(wèn)的共享命名空間。

SoC、SR-IOV 和汽車(chē)

即使 SoC 變得更強大，每輛車(chē)所需的數量減少，對 SR-IOV 的需求仍將存在，甚至會(huì )增加。在 eCockpits 中，每個(gè)功能都將具有單獨的 VM/VF——數字集群、導航、遠程信息處理、乘客娛樂(lè )和行車(chē)記錄儀。ADAS/AD 也將需要 VM/VF。事件數據記錄器 （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(gè)主機（無(wú)需交換機）的另一種方式是讓間接主機的數據通過(guò)直接連接到 SSD 的單個(gè)主機。圖 3 顯示了如何在高層次上完成此作。

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

成本是另一個(gè)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(chē)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(zhù)越來(lái)越多的供應商進(jìn)入市場(chǎng)，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(gè)非常好的選擇。

多端口 SSD 也缺乏任何行業(yè)標準，這使得每個(gè)供應商都有自己的“定制”設計，汽車(chē)行業(yè)希望避免這種情況，以實(shí)現供應連續性和選擇。從長(cháng)遠來(lái)看，單端口 SR-IOV SSD 將成為主流。

遷移到 SR-IOV

雖然汽車(chē)市場(chǎng)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)習技術(shù)并適應它的問(wèn)題。

UFS 剛進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)時(shí)的情況也是如此。工程師們熟悉 e.MMC，但 UFS 是新的。如今，UFS 存儲設備是汽車(chē) NAND 閃存 TAM 的最大部分。一旦生態(tài)系統進(jìn)一步發(fā)展，客戶(hù)更習慣使用 SR-IOV，它也將成為 NAND 閃存在汽車(chē)應用中增長(cháng)的強大驅動(dòng)力。