SR-IOV SSD和適用于汽車應(yīng)用程序的虛擬機(jī)管理程序有什么區(qū)別？

由于許多汽車制造商希望減少車輛中的組件數(shù)量，因此 eCockpit 和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 功能的添加反而促使他們?cè)黾咏M件數(shù)量。在這場(chǎng)拉鋸戰(zhàn)中，有沒有辦法通過使用虛擬化來(lái)減少存儲(chǔ)單元的數(shù)量以及減少常用數(shù)據(jù)的重復(fù)副本，從而在應(yīng)用程序之間共享存儲(chǔ)？本文著眼于單根輸入/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 （SDV） 中所需存儲(chǔ)量的可能解決方案。

單根輸入/輸出虛擬化 （SR-IOV） 與虛擬機(jī)管理程序

SR-IOV 已經(jīng)存在多年，但它主要針對(duì)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，以幫助提高虛擬化和云環(huán)境中的性能、可擴(kuò)展性、資源利用率和安全性?，F(xiàn)在，它正在進(jìn)入汽車等其他市場(chǎng)。SR-IOV 功能不僅限于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備;但是，在本文中，我們將討論僅限于固態(tài)磁盤 （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(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)移入和移出 SSD 的 PCIe 功能。通常，每個(gè)主機(jī)有一個(gè) PF。多個(gè)主機(jī)也可以與單個(gè) PF 一起使用，但它需要一個(gè) PCIe 交換機(jī)。將多個(gè)主機(jī)直接連接到 SSD 將需要每個(gè)主機(jī)一個(gè) PF。

虛擬功能 （VF） 也是支持?jǐn)?shù)據(jù)流并確定設(shè)備資源配置方式的 PCIe 功能。概括地說，將 PF 視為主機(jī)的端口。VF 是為其支持的虛擬機(jī) （VM） 的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行分區(qū)的方式。SR-IOV 通過消除數(shù)據(jù)通過虛擬機(jī)管理程序的需要以及消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引起的開銷，從而改善了延遲，從而簡(jiǎn)化了這一過程（圖 1）。

西部數(shù)據(jù)圖1. SR-IOV 架構(gòu)消除了虛擬機(jī)管理程序對(duì)事務(wù)施加的開銷。

VF 可以擁有自己的命名空間（存儲(chǔ)分區(qū)），也可以在 VF 之間共享命名空間。例如，一個(gè)設(shè)計(jì)可以同時(shí)為車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI—（VM1）和ADAS（VM2）提供相同的地圖數(shù)據(jù)。VM 可以共享映射數(shù)據(jù)所在的命名空間，而不是兩個(gè)副本。

近年來(lái)，汽車應(yīng)用對(duì) 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(jī)共享一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的想法似乎是減少組件和節(jié)省成本的好方法。這可以通過使用帶有 PCIe 交換機(jī)的單端口 SR-IOV SSD 或多端口 SR-IOV 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

多端口設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是不需要交換機(jī)。缺點(diǎn)是，如果多端口設(shè)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(dǎo)致每臺(tái)主機(jī)只能獲得 SSD 最大性能的 25%，即使其他主機(jī)處于空閑狀態(tài)。

在 PCIe 交換機(jī)解決方案中，該交換機(jī)具有單個(gè)端口，可幫助片上系統(tǒng) （SoC） 最大限度地提高可用吞吐量，因?yàn)樗兴膫€(gè)通道都可供其使用。例如，如果有 4 臺(tái)主機(jī)，其中 3 臺(tái)處于空閑狀態(tài)，則活動(dòng)主機(jī)將獲得 100% 的四通道帶寬。

如果性能不是一個(gè)問題，那么下一個(gè)障礙是使此類設(shè)計(jì)正常工作所涉及的軟件的復(fù)雜性。這可能是許多人的絆腳石，需要恢復(fù)到更簡(jiǎn)單的架構(gòu)（圖 2）。

西部數(shù)據(jù)

圖2. 兩臺(tái)主機(jī)通過 PCIe 交換機(jī)訪問單端口 SR-IOV SSD。命名空間專用于每個(gè) PF 和 VF，但也有一個(gè)所有 VF 都可以訪問的共享命名空間。

SoC、SR-IOV 和汽車

即使 SoC 變得更強(qiáng)大，每輛車所需的數(shù)量減少，對(duì) SR-IOV 的需求仍將存在，甚至?xí)黾?。?eCockpits 中，每個(gè)功能都將具有單獨(dú)的 VM/VF——數(shù)字集群、導(dǎo)航、遠(yuǎn)程信息處理、乘客娛樂和行車記錄儀。ADAS/AD 也將需要 VM/VF。事件數(shù)據(jù)記錄器 （EDR） 將具有高耐用性 （SLC） 命名空間。雖然對(duì) SR-IOV 的需求將繼續(xù)存在，但我們將看到對(duì)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(jī)（無(wú)需交換機(jī)）的另一種方式是讓間接主機(jī)的數(shù)據(jù)通過直接連接到 SSD 的單個(gè)主機(jī)。圖 3 顯示了如何在高層次上完成此作。

西部數(shù)據(jù)

圖3. 多個(gè)主機(jī)通過單個(gè)連接的主機(jī) （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(rèn)為汽車級(jí) PCIe 交換機(jī)的成本太昂貴，因此使多端口 SSD 成為更有利的選擇。然而，隨著越來(lái)越多的供應(yīng)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(shì)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(biāo)準(zhǔn)，這使得每個(gè)供應(yīng)商都有自己的“定制”設(shè)計(jì)，汽車行業(yè)希望避免這種情況，以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)連續(xù)性和選擇。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，單端口 SR-IOV SSD 將成為主流。

遷移到 SR-IOV

雖然汽車市場(chǎng)對(duì)集成 SR-IOV 技術(shù)尚不陌生，但采用該技術(shù)的愿望非常強(qiáng)烈。存在用例;這只是工程師學(xué)習(xí)技術(shù)并適應(yīng)它的問題。

UFS 剛進(jìn)入汽車市場(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(chǔ)設(shè)備是汽車 NAND 閃存 TAM 的最大部分。一旦生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，客戶更習(xí)慣使用 SR-IOV，它也將成為 NAND 閃存在汽車應(yīng)用中增長(zhǎng)的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。