Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ lái xe thông minh, việc thu thập và lưu trữ dữ liệu thử nghiệm trên đường đã trở thành một nút thắt cổ chai quan trọng cản trở sự phát triển của ngành. Bài viết này cung cấp phân tích sâu về các giải pháp lưu trữ dựa trên thẻ mở rộng ổ cứng sử dụng bộ chuyển mạch PCIe, thẻ mở rộng U.2 và thẻ mở rộng M.2. Bài viết tập trung vào cách công nghệ thay thế ổ SSD nóng (hot-swapping) cho phép thay thế ổ đĩa một cách liền mạch mà không làm gián đoạn hoạt động, từ đó giúp các nhà cung cấp giải pháp lái xe tự động từ đầu đến cuối xây dựng cơ sở hạ tầng dữ liệu hiệu quả.

I. Nhu cầu thị trường về lưu trữ dữ liệu lái xe thông minh

Theo dự báo của các tổ chức nghiên cứu trong ngành, số lượng xe thử nghiệm lái tự động trên toàn cầu sẽ vượt quá 100.000 chiếc vào năm 2025. Các nhà cung cấp giải pháp lái tự động — tiêu biểu là một công ty nhất định — hiện đang triển khai các đội xe thử nghiệm quy mô lớn. Mỗi đội xe thường bao gồm hơn 15 chiếc xe thử nghiệm, mỗi chiếc được trang bị nhiều loại cảm biến khác nhau như lidar, camera độ nét cao và radar sóng milimet.

Lượng dữ liệu được tạo ra hàng ngày bởi các cảm biến này thật đáng kinh ngạc:

• LiDAR: Hàng trăm nghìn điểm dữ liệu đám mây điểm mỗi giây, với khối lượng dữ liệu hàng ngày lên tới 5–10 TB.

• Camera độ phân giải cao: Nhiều luồng video 4K/8K, tạo ra 8–15 TB dữ liệu mỗi ngày.

• Radar sóng milimet và CAN bus: Dòng dữ liệu liên tục, 1–3 TB mỗi ngày

Các ổ SSD SATA truyền thống hoặc ổ cứng cơ học không còn đáp ứng được nhu cầu về băng thông cao và khả năng ghi dữ liệu dung lượng lớn như vậy. Giao thức NVMe, kết hợp với giao diện PCIe tốc độ cao, đã trở thành lựa chọn tất yếu, trong khi các thẻ mở rộng ổ cứng là những thành phần quan trọng để đạt được dung lượng lưu trữ lớn và độ tin cậy cao.

II. Giải thích chi tiết về công nghệ thẻ mở rộng ổ cứng sử dụng bộ chuyển mạch PCIe

Thẻ mở rộng ổ cứng qua bộ chuyển mạch PCIe là một thành phần cốt lõi của hệ thống lưu trữ trên xe, có nhiệm vụ mở rộng và phân phối tín hiệu PCIe từ máy tính công nghiệp đến nhiều ổ SSD, từ đó cho phép mở rộng dung lượng lưu trữ một cách linh hoạt.

2.1 Nguyên lý hoạt động của chip chuyển mạch PCIe

Chip chuyển mạch PCIe là một thiết bị chuyển mạch tín hiệu tốc độ cao có khả năng phân bổ động các cổng PCIe đầu vào cho nhiều thiết bị đầu ra. Trong các ứng dụng lưu trữ ô tô, các thẻ mở rộng chuyển mạch PCIe thường áp dụng kiến trúc sau:

• Cổng đầu vào: Kết nối với CPU của máy tính công nghiệp trên xe thông qua khe cắm PCIe x16, nhận các luồng dữ liệu tốc độ cao.

• Bộ chuyển mạch lõi: Một chip chuyển mạch PCIe cho phép định tuyến gói tin thông minh và phân bổ băng thông.

• Cổng đầu ra: Cung cấp nhiều làn PCIe x4 thông qua giao diện MCIO, kết nối với các ổ SSD U.2 hoặc M.2.

• Thẻ mở rộng U.2: Sử dụng kích thước tiêu chuẩn 2,5 inch và hỗ trợ giao diện SFF-8639. Ổ SSD U.2 mang lại những ưu điểm như dung lượng lớn, khả năng tản nhiệt tuyệt vời và hỗ trợ thay thế nóng. Một ổ đĩa duy nhất có thể đạt dung lượng 16 TB trở lên, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các tình huống thử nghiệm thực địa đòi hỏi phải thay thế phương tiện lưu trữ thường xuyên.

Trong các tình huống thử nghiệm lái xe tự động trên đường, nơi thường xuyên phải thay thế ổ cứng và đòi hỏi dung lượng lưu trữ lớn, thẻ mở rộng U.2 là lựa chọn phù hợp hơn.

III. Công nghệ thay thế ổ cứng và ổ SSD khi hệ thống đang hoạt động

“Thay thế ổ cứng khi đang hoạt động” là công nghệ cho phép lắp đặt hoặc tháo gỡ phương tiện lưu trữ một cách an toàn trong khi thiết bị vẫn đang hoạt động. Trong các tình huống thử nghiệm trên đường của xe tự lái, tính năng thay thế ổ SSD khi đang hoạt động có thể cải thiện đáng kể hiệu quả thử nghiệm và ngăn chặn việc gián đoạn thử nghiệm do phải thay thế ổ cứng.

3.1 Nguyên lý của công nghệ thay thế nóng

Để đảm bảo tính ổn định khi thay thế ổ cứng trong khi hệ thống đang hoạt động, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa ba cấp độ: phần cứng, phần mềm cơ sở và phần mềm.

• Cấp độ phần cứng: Chip chuyển mạch PCIe hỗ trợ tính năng bật/tắt động ở cấp độ cổng; bảng mạch nối sau ổ cứng U.2 tích hợp mạch điều khiển trình tự cấp nguồn để đảm bảo kiểm soát được các đợt tăng dòng điện đột ngột khi lắp đặt và tháo gỡ; giao diện MCIO có thiết kế chống lỗi để đảm bảo kết nối ổn định.

• Phiên bản phần mềm hệ thống: Vỏ ổ cứng được trang bị bộ điều khiển có thể thay nóng, có chức năng theo dõi theo thời gian thực tình trạng lắp đặt và tháo gỡ của từng khe cắm ổ cứng, đồng thời thông báo cho hệ thống thông qua các tín hiệu ngắt để xử lý các sự kiện cắm nóng của các thiết bị.

• Cấp độ phần mềm: Nhân hệ điều hành hỗ trợ tính năng cắm nóng (hot-plugging) cho các thiết bị NVMe; hệ thống tệp có thể ngắt kết nối và kết nối lại các khối lưu trữ một cách an toàn; và các ứng dụng có thể theo dõi các sự kiện thay đổi thiết bị và thực hiện các hành động tương ứng.

3.2 Quy trình thay thế nóng

Lấy đội xe gồm 15 chiếc đang trong giai đoạn thử nghiệm trên đường của một công ty nào đó làm ví dụ, quy trình vận hành tiêu chuẩn cho việc thay thế SSD nóng như sau:

Bước 1: Giám sát dung lượng. Hệ thống nền tảng liên tục theo dõi dung lượng còn lại của từng ổ SSD theo thời gian thực. Khi dung lượng lưu trữ giảm xuống dưới ngưỡng đã đặt trước (ví dụ: 20%), hệ thống sẽ tự động gửi thông báo cảnh báo đến các kỹ sư.

Bước 2: Ngắt kết nối an toàn. Kỹ sư chọn ổ cứng mục tiêu thông qua giao diện quản lý và thực hiện thao tác ngắt kết nối an toàn. Hệ thống sẽ hoàn tất quá trình xóa dữ liệu, đồng bộ hóa bộ nhớ đệm và ngắt kết nối hệ thống tệp, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Bước 3: Thay thế vật lý. Nhờ thiết kế khay tháo lắp EZ-Slide của vỏ ổ cứng, các kỹ sư có thể tiến hành thay thế trong khi xe đang di chuyển ở tốc độ thấp.

Khi đang lái xe hoặc đỗ xe tạm thời, hãy nhanh chóng tháo đĩa đầy ra và lắp đĩa mới vào. Đèn LED báo trạng thái hiển thị tình trạng hoạt động của từng khe đĩa theo thời gian thực.

Bước 4: Nhận diện tự động. Sau khi hệ thống phát hiện có đĩa mới được lắp vào, hệ thống sẽ tự động hoàn tất quá trình khởi tạo thiết bị NVMe, phân vùng và gắn hệ thống tệp. Việc ghi dữ liệu sẽ tiếp tục ngay lập tức và toàn bộ quá trình này không cần can thiệp thủ công.

IV. Giải pháp vòng kín toàn diện cho dữ liệu lái xe thông minh

Với các giải pháp lưu trữ có thể thay thế khi hệ thống đang hoạt động dựa trên thẻ mở rộng ổ cứng sử dụng bộ chuyển mạch PCIe và thẻ mở rộng U.2, các nhà cung cấp giải pháp lái xe tự động có thể xây dựng một hệ thống dữ liệu khép kín hoàn chỉnh.

4.1 Triển khai tại phương tiện

Mỗi xe thử nghiệm trên đường đều được trang bị một thẻ mở rộng bộ chuyển mạch PCIe, kết nối với máy tính công nghiệp trên xe thông qua khe cắm PCIe x16. Thẻ mở rộng được kết nối qua cáp tốc độ cao MCIO với một khung ổ cứng U.2 8 khe cắm được lắp đặt trong khe ổ đĩa quang 5,25 inch. Khung này chứa tám ổ SSD NVMe U.2 dung lượng cao, với mỗi ổ có dung lượng 4TB, 8TB hoặc 16TB. Dung lượng lưu trữ tối đa cho mỗi thiết bị có thể lên tới 128TB.

4.2 Thu thập dữ liệu và viết bài

Trong các cuộc thử nghiệm trên đường, máy tính công nghiệp thu thập dữ liệu từ nhiều kênh cảm biến theo thời gian thực, bao gồm đám mây điểm LiDAR, video độ nét cao và tín hiệu radar. Dữ liệu được ghi vào ổ SSD U.2 thông qua kênh PCIe 5.0 tốc độ cao. Nhờ băng thông tổng cộng lên tới 64 GB, ngay cả khi ghi đồng thời nhiều luồng video 4K, quá trình này vẫn diễn ra mượt mà mà không xảy ra hiện tượng mất khung hình hay độ trễ.

4.3 Thay thế ổ đĩa và tải lên dữ liệu mà không cần tắt máy

Khi dung lượng ổ cứng sắp đầy, các kỹ sư sẽ nhanh chóng thay thế ổ SSD bằng tính năng thay thế nóng của ổ cứng — mà không cần dừng xe, giúp quá trình thử nghiệm diễn ra liên tục. Ổ đĩa đã đầy sau khi được thay thế sẽ được lắp vào một bảng mạch U.2 24 khe trên máy chủ cục bộ và được tải lên với tốc độ cao qua mạng 10 gigabit tới trung tâm dữ liệu đám mây.

4.4 Phân tích dữ liệu trên nền tảng đám mây

Trên nền tảng đám mây, các chương trình thuật toán độc quyền của khách hàng được chạy để thực hiện phân tích sâu dữ liệu đã thu thập: quá trình làm sạch dữ liệu loại bỏ thông tin không hợp lệ, quá trình trích xuất kịch bản xác định các kịch bản chính, quá trình chú thích tự động tạo ra các mẫu huấn luyện, và quá trình huấn luyện mô hình tối ưu hóa các thuật toán nhận thức và ra quyết định. Mô hình đã được tối ưu hóa sau đó được triển khai trở lại các phương tiện thông qua OTA, tạo thành một vòng lặp dữ liệu khép kín.

V. Những ưu điểm cốt lõi của Kế hoạch

• Hiệu suất cao: Thẻ mở rộng bộ chuyển mạch PCIe cung cấp băng thông tổng cộng 64 GB. Với hiệu suất PCIe 5.0 gấp đôi so với PCIe 4.0, sản phẩm này đáp ứng được các yêu cầu ghi dữ liệu của các cảm biến thế hệ mới có độ phân giải cao hơn nữa.

• Dung lượng lớn: Thẻ mở rộng U.2 hỗ trợ các ổ SSD dung lượng cao cấp doanh nghiệp, với dung lượng lưu trữ tối đa 128 TB cho mỗi thiết bị, đáp ứng nhu cầu của các thử nghiệm thực địa kéo dài.

• Có thể thay thế khi đang hoạt động: Thiết kế cho phép thay thế SSD khi đang hoạt động giúp thay thế ổ đĩa mà không cần dừng xe, từ đó nâng cao hiệu quả thử nghiệm trên đường hơn 30% và giảm đáng kể chi phí vận hành đội xe.

• Độ tin cậy cao: Cấu trúc ToughArmor hoàn toàn bằng kim loại, thiết kế chống rung và dải nhiệt độ hoạt động rộng (0°C đến 70°C), phù hợp với môi trường khắc nghiệt bên trong xe.

• Dễ bảo trì: Thiết kế ngăn kéo EZ-Slide, đèn LED báo trạng thái và khả năng thay thế ổ cứng khi hệ thống đang hoạt động, tất cả đều có thể được thực hiện bởi một người.

• Có khả năng mở rộng: Thiết kế mô-đun cho phép triển khai đồng thời tối đa 15 phương tiện, và giao diện MCIO hỗ trợ việc mở rộng và nâng cấp hệ thống.

VI. Triển vọng ngành

Khi công nghệ lái xe tự động ngày càng phát triển lên các cấp độ L3/L4, khối lượng dữ liệu thử nghiệm trên đường sẽ tăng theo cấp số nhân. Việc áp dụng rộng rãi công nghệ PCIe 5.0 mang lại khả năng mở rộng hiệu năng dồi dào cho hệ thống lưu trữ trên xe, trong khi thiết kế ổ cứng có thể thay nóng giúp giải quyết thách thức trong việc thu thập dữ liệu liên tục.

Đối với các nhà cung cấp giải pháp lái xe tự động toàn diện, dựa trên các thẻ mở rộng ổ cứng PCIe Switch và thẻ mở rộng U.2,

Các giải pháp lưu trữ tích hợp công nghệ SSD có thể thay thế nóng không chỉ là phương án hiệu quả để giải quyết các điểm nghẽn lưu trữ hiện tại, mà còn là một khoản đầu tư chiến lược nhằm xây dựng lợi thế cạnh tranh về dữ liệu trong dài hạn.

Trong các giai đoạn sau của cuộc thi lái xe tự động, khả năng thiết lập vòng lặp dữ liệu khép kín sẽ quyết định năng lực cạnh tranh cốt lõi của một doanh nghiệp. Việc lựa chọn một hạ tầng lưu trữ đáng tin cậy, hiệu quả và có khả năng mở rộng là một quyết định quan trọng mà mọi doanh nghiệp trong lĩnh vực lái xe tự động đều phải ưu tiên hàng đầu.