2023年9月11日
自動車用セントラルスイッチ クルマの進化の最新ステップ
マーベル、オートモーティブ・ビジネス・ユニット、マーケティング担当バイス・プレジデント、アミール・バー・ニヴ氏著
自動車を「走るデータセンター」と呼ぶのを耳にするとき、彼らは通常、オンデマンドストリーミングメディアや、運転体験を向上させるための新しいソフトウェアデファインドサービスなど、個人が自動車で強化されたデジタル機能をどのように体験するかを考えている。
しかし、この発言の裏には重要な意味が潜んでいる。自動車がデータセンターのような汎用性を必要とするタスクを担うには、データセンターのように構築する必要がある。自動車メーカーは、ハードウェアメーカーやソフトウェア開発者と共同で、ソフトウェアで定義された車両に必要な機能を提供すると同時に、消費電力とコストを最小限に抑えるために、同様のアーキテクチャコンセプトに基づいて連携する高度に専門化された技術のポートフォリオを開発する必要がある。バランスを取るのは簡単なことではない。
そこで、ゾーナルアーキテクチャ、特にゾーナルとそれに関連する車載用セントラルイーサネットスイッチの新しいカテゴリーの製品が登場することになる。 スピーカー、ビデオスクリーン、その他のインフォテインメント・デバイスはインフォテインメントECUにリンクし、パワートレインとブレーキはボディドメインに属し、ADASドメインはセンサーと高性能プロセッサーに基づいている。 帯域幅とセキュリティは、アプリケーションに適合させることができる。
しかし、ドメイン・アーキテクチャには多くの問題がある。 第一に、ドメイン間でのデータ共有が難しくなる。 周囲のカメラがインフォテインメントネットワーク上にあり、ADASネットワークにデータを転送する必要がある場合はどうしますか？ あるいは、メーカーが、エンジンから外部の5Gリンクへのデータを必要とする予知保全サービスを導入したい場合は？ 不必要な複雑さとパフォーマンスの低下がその結果だ。
ドメインはまた、余分なケーブルを意味し、その多くは車の長さまで伸びている。 中型のエコノミーカーには、電気、ネットワーク、その他のケーブルが1.5キロもあるものもある。 空洞や狭いスペースにフィットするため、工場ではしばしば手作業で挿入しなければならない。 これは、製造コストとメンテナンスコストの両方を増加させる可能性がある。 さらに、EVの場合、重量が増えると航続距離が短くなる。
（オート）ゾーンで
ゾーナルアーキテクチャーの登場だ。 ゾーナルアーキテクチャでは、車両の特定の物理ゾーン内のすべてのデバイスが、非常に短いケーブルを使用して、ローカルのゾーナルアグリゲーションスイッチにリンクされる。 これらのゾーナルアグリゲーションスイッチは、10年後半までに4〜6ゾーンの自動車に搭載される予定で、その後、ゾーン、セントラルコンピュータとストレージ、外部サービス間のトラフィックフローを調整・整理する中央スイッチにリンクする。
最近、当社は車載用セントラルイーサネットスイッチの新ファミリを発表した。 90Gbpsと60Gbpsという業界最高の容量と高度なセキュリティ機能を備えた新しいBrightlane™ MV-622xファミリー は、異なるゾーン間のトラフィックを管理できるように調整されている。
見覚えがあるなら、そうだろう。 これは、ゾーナルスイッチがエンタープライズのエッジスイッチの役割を果たし、集中型スイッチがアグリゲーションスイッチの役割を果たすという、エンタープライズにおけるアーキテクチャに似ている。 このコンセプトも浸透しつつある。 自動車業界向けに年間出荷されるイーサネット・ポートの数は、2025年か2026年に10億個を突破する可能性が高く、これは現在の2倍以上、2018年の出荷数の10倍に相当する1 。
データセンターのようなクルマを製作するメリットも大きい：
- 新しいサービスのための、より優れた汎用性の高い演算アーキテクチャ. 昔（例えば15年前）は、メーカーは自動車に70個も100個もプロセッサーが搭載されていることを自慢していた1 。 残念ながら、そのほとんどは固定機能のマイクロコントローラーだった。 自動車メーカーは、ゾーン アーキテクチャを使用して、複雑なソフトウェアの実行、診断のための AI の活用、さまざまなアプリのコンテナの作成など、はるかに多くのタスクを実行できる、より強力でプログラム可能な集中プロセッサに置き換えている。 TOPSとFLOPSを共有することで、すべてのパフォーマンスが向上する。
- カメラ、カメラ、カメラ。 自動車に搭載されるビジュアルテクノロジーの数は、今後数年間で飛躍的に増加するだろう。 より多くの自動車でカメラの数が増えるだけでなく、LiDARやサーマルカメラ2のような先進技術も一般的になるだろう。 しかし、これらのアプリケーションは、リアルタイムで分析する必要がある大量のデータを生成する。 昨年、マーベルは、視覚データをシステムに取り込むためのカメラブリッジ を発表した。 この分野でのさらなるイノベーションに期待したい。
- ストレージ利用率の向上. 各コントローラーに少量のフラッシュを置く代わりに、GBのストレージを集約して中央プロセッサーの隣やゾーナルバックボーンに直接配置し、車両内のすべてのプロセッサーとECUにアクセスできるようにすることができる。
- より良いセキュリティ。 インフォテインメントデバイスもブレーキと同レベルのセキュリティを受ける。 そして、ゾーナルレベルとセントラルレベルの間でセキュリティを強化することができる。 帯域幅が広がれば、新しいサービスへの道も開ける。 ネットワーク温度やデータフロー3 などを分析することで、マルウェア攻撃を探すハイブリッドクラウドサービスを想像してみてほしい。 階層型アーキテクチャによって供給されるデータ帯域幅があれば、このようなことが可能になる。
- ケーブルが少ない。 ゾーンでは、デバイスの距離はせいぜい数フィートだ。 アクチュエーターやセンサーをハブに接続するための、車載ケーブルの長さはなくなった。 つまり、軽量化、低コスト化、製造上の頭痛の種が減るということだ。
- より迅速なイノベーション. イーサネットは50年前4に発明され、ハードディスクドライブと同様、その終焉に関する多くの予測を覆してきた。 この技術は、現在でもネットワーキングにおける技術産業の柱であり、世界中で何千人ものエンジニアがこの技術の発展に取り組んでいる。 自動車はその恩恵を受けている。
もちろん、これらすべては、すべてを結びつける強固なネットワークが最初に存在して初めて可能になる。
自動車技術とダーウィンのフィンチ
しかし、車載用セントラルイーサネットスイッチングは本格的な製品カテゴリなのだろうか？ 今のところ、主な違いは帯域幅の容量といくつかのセキュリティ機能だ。 しかし、時が経てば、ゾーナルスイッチとセントラルスイッチをさらに区別するさまざまな機能セットが登場するだろう。 クラウドスイッチはインフラネットワーキングで最も急成長しているセグメントの1つだが、エンタープライズスイッチから発展したものだ。 同様に、今日のAIスイッチはSKUの異なるクラウドスイッチにすぎない。
しかし、自動車のアーキテクチャーは、データセンターのそれとは異なる進化を遂げるだろう。方程式の「on wheels」の部分が、OEMがデジタル技術に求めるものを変えるのだ。 ADASのようなアプリケーションのリアルタイム性能が要求されるため、自動車メーカーはAI処理を集中型システムにすべて移行するのではなく、ゾーンと中央演算クラスタとの間でバランスを取る必要があるかもしれない。 一方、シングル（またはデュアル）集中型コンピュートシステムは、よりコスト効率に優れている可能性があり、当社は市場が時間をかけてこの方向に進化していくことを期待している。 保管やセキュリティについても同様だ。 ストレージについては、大容量化により、多くのOEMは、車内の全ドメインに対応できる集中型ストレージへと移行するだろう。 セキュリティに関しては、SDVやコネクテッドカーの増加は、新たなセキュリティプロトコルを求める法律ができることを意味する。
私たちは、この道がどこに向かっているのかを知ることができ、マーベルは、自動車メーカーが希望するリストを実現するのを支援する準備ができている。
1. マーベルの推定（イーサネットポートユニット、成長）およびTechInsights（自動車インフォテインメントおよびテレマティクスシステム、2022年）
2. 半導体工学。
3. Arm Blueprint およびIEEE
4. Wikipedia。.
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