Avec l'évolution rapide des technologies de conduite intelligente, la collecte et le stockage des données des essais routiers sont devenus un goulot d'étranglement critique qui entrave le développement de l'industrie. Cet article propose une analyse approfondie des solutions de stockage basées sur les cartes d'extension de disque dur à commutateur PCIe, les cartes d'extension U.2 et les cartes d'extension M.2. Il met l'accent sur la façon dont la technologie de remplacement à chaud des disques SSD permet de remplacer les disques en toute transparence sans interrompre les opérations, aidant ainsi les fournisseurs de solutions de conduite autonome de bout en bout à mettre en place une infrastructure de données efficace.

I. Demande du marché pour le stockage des données de conduite intelligente

Selon les prévisions des instituts de recherche du secteur, le nombre mondial de véhicules d'essai de conduite autonome dépassera les 100 000 d'ici à 2025. Les fournisseurs de solutions de conduite autonome - représentés par une certaine entreprise - déploient actuellement des flottes d'essai à grande échelle. Chaque flotte comprend généralement plus de 15 véhicules d'essai, chacun équipé de divers capteurs tels que des lidars, des caméras haute définition et des radars à ondes millimétriques.

La quantité de données générées quotidiennement par ces capteurs est stupéfiante :

- LiDAR : des centaines de milliers de points de données par seconde, avec des volumes quotidiens atteignant 5 à 10 To.

- Caméra haute définition : Multiples flux vidéo 4K/8K, générant 8 à 15 To par jour.

- Radar à ondes millimétriques et bus CAN : Flux de données continu, 1-3 TB par jour

Les disques SSD SATA traditionnels ou les disques durs mécaniques ne peuvent plus répondre aux exigences d'une telle bande passante et d'écritures de grande capacité. Le protocole NVMe, associé à l'interface PCIe à grande vitesse, est devenu un choix inévitable, tandis que les cartes d'extension de disque dur sont des composants clés pour obtenir un stockage de grande capacité et de haute fiabilité.

II. Explication détaillée de la technologie des cartes d'extension de disques durs à commutateur PCIe

La carte d'extension de disque dur à commutateur PCIe est un composant essentiel des systèmes de stockage embarqués. Elle est chargée d'étendre et de distribuer les signaux PCIe du PC industriel à plusieurs disques SSD, permettant ainsi une extension flexible de la capacité de stockage.

2.1 Principe de fonctionnement de la puce de commutation PCIe

Une puce de commutation PCIe est un dispositif de commutation de signaux à grande vitesse qui peut allouer dynamiquement des ports PCIe en amont à plusieurs dispositifs en aval. Dans les applications de stockage automobile, les cartes d'extension de commutateur PCIe adoptent généralement l'architecture suivante :

- Port amont : Se connecte à l'unité centrale du PC industriel embarqué via un emplacement PCIe x16, pour recevoir des flux de données à grande vitesse.

- Noyau de commutation : Une puce de commutation PCIe qui permet l'acheminement intelligent des paquets et l'allocation de la bande passante.

- Port en aval : Il fournit plusieurs voies PCIe x4 via l'interface MCIO et permet de connecter des disques SSD U.2 ou M.2.

- Carte d'extension U.2 : Adopte le facteur de forme standard de 2,5 pouces et prend en charge l'interface SFF-8639. Les disques SSD U.2 offrent des avantages tels qu'une grande capacité, une excellente dissipation de la chaleur et la prise en charge du remplacement à chaud. Un seul disque peut atteindre une capacité de 16 To ou plus, ce qui les rend idéaux pour les scénarios de test sur le terrain qui nécessitent un remplacement fréquent des supports de stockage.

Dans les scénarios d'essais routiers de conduite autonome, où des remplacements fréquents de disques durs sont nécessaires et où une grande capacité de stockage est requise, les cartes d'extension U.2 sont le meilleur choix.

III. Technologies d'échange à chaud des disques durs et des SSD

L'échange à chaud de disques durs fait référence à la technologie qui permet d'insérer ou de retirer des supports de stockage en toute sécurité lorsque l'appareil est en marche. Dans les scénarios d'essais routiers de conduite autonome, la fonction de remplacement à chaud des disques SSD peut améliorer considérablement l'efficacité des essais et éviter les interruptions causées par le remplacement des disques durs.

3.1 Principe de la technologie de l'échange à chaud

La fiabilité du remplacement à chaud des disques durs nécessite des efforts coordonnés à trois niveaux : matériel, microprogrammes et logiciels.

- Niveau matériel : La puce PCIe Switch prend en charge l'activation et la désactivation dynamiques au niveau du port ; le fond de panier du disque dur U.2 intègre un circuit de contrôle du séquençage de l'alimentation pour s'assurer que les surtensions pendant l'insertion et le retrait sont maîtrisées ; l'interface MCIO présente une conception infaillible pour garantir des connexions fiables.

- Niveau du micrologiciel : Le boîtier du disque dur est équipé d'un contrôleur d'échange à chaud qui surveille en temps réel l'état d'insertion et de retrait de chaque baie de disque et notifie le système par des signaux d'interruption pour gérer les événements d'insertion à chaud des périphériques.

- Niveau logiciel : Le noyau du système d'exploitation prend en charge le branchement à chaud des périphériques NVMe ; le système de fichiers peut démonter et remonter les volumes de stockage en toute sécurité ; et les applications peuvent écouter les événements de changement de périphérique et effectuer les actions correspondantes.

3.2 Procédure de remplacement à chaud

Si l'on prend l'exemple d'une flotte de 15 véhicules d'essai routier d'une certaine entreprise, la procédure d'exploitation standard pour le remplacement à chaud des disques SSD est la suivante :

Étape 1 : Contrôle de la capacité. Le backend du système surveille en permanence et en temps réel la capacité restante de chaque disque SSD. Lorsque l'espace de stockage tombe en dessous d'un seuil prédéfini (par exemple, 20 %), il envoie automatiquement une notification d'alerte aux ingénieurs.

Étape 2 : Démontage sécurisé. L'ingénieur sélectionne le disque dur cible via l'interface de gestion et effectue une opération de démontage sécurisée. Le système effectue le nettoyage des données, la synchronisation du cache et le démontage du système de fichiers, ce qui garantit l'intégrité des données.

Étape 3 : Remplacement physique. Grâce à la conception du plateau d'extraction EZ-Slide du boîtier du disque dur, les ingénieurs peuvent effectuer le remplacement pendant que le véhicule roule à faible vitesse.

Lorsque vous conduisez ou que vous vous garez brièvement, retirez rapidement le disque plein et insérez-en un nouveau. L'indicateur d'état LED affiche en temps réel l'état de fonctionnement de chaque baie de disque.

Étape 4 : Reconnaissance automatique. Une fois que le système a détecté l'insertion d'un nouveau disque, il effectue automatiquement l'initialisation du périphérique NVMe, le partitionnement et le montage du système de fichiers. L'écriture des données reprend immédiatement et l'ensemble du processus ne nécessite aucune intervention manuelle.

IV. Une solution complète en boucle fermée pour les données de conduite intelligente

Grâce à des solutions de stockage remplaçables à chaud basées sur des cartes d'extension de disques durs à commutateur PCIe et des cartes d'extension U.2, les fournisseurs de solutions de conduite autonome peuvent construire un système complet de données en boucle fermée.

4.1 Déploiement côté véhicule

Chaque véhicule d'essai routier est équipé d'une carte d'extension de commutateur PCIe, qui se connecte à l'ordinateur industriel embarqué via un emplacement PCIe x16. La carte d'extension est connectée via des câbles à grande vitesse MCIO à un boîtier de disque dur U.2 à 8 baies installé dans la baie de disque optique de 5,25 pouces. Le boîtier abrite huit SSD NVMe U.2 de grande capacité, chaque disque étant disponible dans des capacités de 4 To, 8 To ou 16 To. La capacité de stockage maximale par périphérique peut atteindre jusqu'à 128 To.

4.2 Collecte des données et rédaction

Lors des essais sur route, le PC industriel recueille en temps réel des données de capteurs multicanaux, notamment des nuages de points LiDAR, des vidéos haute définition et des signaux radar. Les données sont écrites sur un disque SSD U.2 via un canal PCIe 5.0 à grande vitesse. Grâce à la bande passante totale de 64 Go, même lorsque plusieurs flux vidéo 4K sont écrits simultanément, le processus reste fluide, sans perte d'images ni latence.

4.3 Remplacement à chaud des disques et chargement des données

Lorsque la capacité de stockage du disque dur est sur le point d'être atteinte, les ingénieurs remplacent rapidement le disque SSD en utilisant la fonction de remplacement à chaud du disque dur, sans arrêter le véhicule, ce qui permet de poursuivre les essais sans interruption. Le disque complet remplacé est ensuite inséré dans un fond de panier U.2 à 24 baies sur un serveur local et téléchargé à grande vitesse via un réseau de 10 gigabits vers un centre de données en nuage.

4.4 Analyse des données dans le nuage

Dans le nuage, les programmes algorithmiques propriétaires des clients sont exécutés pour effectuer une analyse approfondie des données collectées : le nettoyage des données supprime les informations non valides, l'extraction de scénarios identifie les scénarios de conduite clés, l'annotation automatique génère des échantillons de formation et l'entraînement au modèle optimise les algorithmes de perception et de prise de décision. Le modèle optimisé est ensuite déployé dans les véhicules via OTA, créant ainsi une boucle de données complète.

V. Principaux avantages du plan

- Haute performance : La carte d'extension du commutateur PCIe offre une bande passante totale de 64 Go. Avec des performances PCIe 5.0 doublées par rapport à PCIe 4.0, elle répond aux exigences d'écriture des futurs capteurs avec des résolutions encore plus élevées.

- Grande capacité : La carte d'extension U.2 prend en charge les disques SSD haute capacité de qualité professionnelle, avec une capacité de stockage maximale de 128 To par appareil, ce qui permet de répondre aux exigences des essais routiers prolongés.

- Remplaçable à chaud : La conception du remplacement à chaud du disque SSD permet de remplacer le disque sans arrêter le véhicule, ce qui augmente l'efficacité des essais routiers de plus de 30 % et réduit considérablement les coûts d'exploitation du parc automobile.

- Haute fiabilité : Structure ToughArmor entièrement métallique, conception résistante aux vibrations et large plage de températures de fonctionnement (0°C à 70°C), adaptée aux environnements embarqués difficiles.

- Maintenance aisée : Conception du tiroir EZ-Slide, indicateurs d'état LED et disque dur remplaçable à chaud pouvant être utilisé par une seule personne.

- Évolutif : La conception modulaire permet de déployer simultanément jusqu'à 15 véhicules, et l'interface MCIO facilite l'extension et la mise à niveau du système.

VI. Perspectives de l'industrie

À mesure que la technologie de la conduite autonome progresse vers les niveaux L3/L4, le volume des données des essais routiers augmentera de façon exponentielle. L'adoption généralisée de la technologie PCIe 5.0 offre une grande marge de performance pour le stockage embarqué, tandis que la conception du disque dur remplaçable à chaud relève le défi de l'acquisition continue de données.

Pour les fournisseurs de solutions complètes de conduite autonome, basées sur les cartes d'extension de disque dur PCIe Switch et les cartes d'extension U.2,

Les solutions de stockage dotées de la technologie SSD remplaçable à chaud ne sont pas seulement un moyen efficace de remédier aux goulets d'étranglement actuels en matière de stockage, mais aussi un investissement stratégique pour renforcer la compétitivité des données à long terme.

Dans les dernières étapes de la compétition pour la conduite intelligente, la capacité à réaliser une boucle fermée de données déterminera la compétitivité de base d'une entreprise. Le choix d'une infrastructure de stockage fiable, efficace et évolutive est une décision critique à laquelle toute entreprise de conduite autonome doit donner la priorité.