新思科技具有IDE安全性的汽车级PCIe 5.0 IP解决方案

近日，全球最大的消费电子会议——国际消费电子展（CES）在美国拉斯维加斯拉开帷幕。在本届展会上，汽车相关展商再度成为万众瞩目的焦点，其受关注程度丝毫不逊于往届。

此次参展的汽车制造商阵容豪华，包括丰田、本田、宝马这样的国际巨头，还有长城、小鹏、极氪、法拉第未来等中国新兴势力；同时，自动驾驶技术及零部件领域的参展企业也是星光熠熠，Mobileye、高通、英伟达等国际大厂，以及禾赛科技、黑芝麻智能、京东方等中国创新企业纷纷亮相。

在此次展会上，人工智能（AI）技术与汽车行业的融合达到了前所未有的广度和深度。特别是在车载娱乐系统、车辆控制以及自动驾驶等领域，AI技术的融入不仅极大地提升了汽车的智能化水平，更为汽车的应用场景带来了革命性的变革。面对这一趋势，越来越多的汽车企业开始加大在AI领域的投入，力求在这一前沿科技的浪潮中抢占先机。

与此同时，汽车企业与芯片制造商之间的跨界技术合作也成为本届展会的一大亮点。双方携手，共同致力于智能座舱、智能驾驶功能等前沿技术的研发与创新，为汽车行业的智能化转型注入了强大动力。

汽车智能化趋势加速互联需求

在本届CES展会上，零跑汽车与高通宣布将开展技术合作，共同研发全新的智能座舱和智能驾驶功能；与此同时，英伟达CEO黄仁勋也宣布，英伟达与丰田将合作开发下一代自动驾驶汽车。丰田将在英伟达DRIVE AGX Orin平台上打造下一代汽车，运行经过安全认证的英伟达DriveOS操作系统。此外，包括比亚迪、理想、小米、极氪等一众知名中国汽车品牌亦纷纷宣布与英伟达在汽车领域开展深度合作，共同探索智能驾驶的无限可能。

显而易见，汽车的智能化浪潮正以不可阻挡之势加速推进。而车联网作为这一进程的基石，扮演着举足轻重的角色。车联网（Internet of Vehicle）是一个由车内网、车际网和车云网组成的复杂系统，它通过无线通信和信息交互，将车辆内部以及车辆与外界紧密连接。每个部分都有其独特的功能和重要性，共同构成了现代智能驾驶的基础。

从车联网的定义可以看出，汽车网联化的两大方向：一方面，车内网如同车辆的神经网络，主要依赖于CAN、LIN、FlexRay、MOST以太网等总线技术，将车内的各类电器和电子单元紧密连接，实现车内各部件信息的实时传输与控制，赋予车辆状态感知、故障诊断及智能控制等能力，助力驾驶员实现更安全、便捷的驾驶体验，如自动泊车、自适应巡航、车道保持辅助及碰撞预警等功能。

另一方面，车际网与车云网则实现了车辆与外部环境的互联。车际网是一个由车辆、路侧单元以及行人为节点构成的开放式移动自组织网络。它结合全球定位系统及无线通信技术，如专用短程通信（DSRC）、蜂窝网络等，为处于高速移动状态的车辆提供高速率的数据接入服务，实现V2X之间的信息交互。

而车云网（车载移动互联网）则以车为移动终端，通过远距离无线通信技术构建的车与互联网之间的网络，实现车与服务信息在车载移动互联网上的传输。这个网络将车辆与云端服务连接起来，为用户提供各种智能服务，如导航、远程控制等。

未来，汽车将不仅仅是一个交通工具，而是逐步进化为集强大计算、通信及交互能力于一体的智能移动终端。伴随这一转变，它所产生的数据量也越来越大，这对用于数据传输的互联技术提出了更为严苛的要求——更高的数据带宽与近乎零延迟的性能成为必备条件。

传统通信技术无法满足车内网发展需求

随着车辆智能化以及自动化水平的不断提升，许多功能与应用程序不仅需要强大的计算能力，更对通信技术的安全性、数据带宽及延迟提出了更高要求。如高分辨率传感推动了传感器和集中式处理器之间需要更高数据传输速率；异构计算和AI技术需要将不同的计算任务分配给关联的计算核心；此外，车辆还需要更多自动化的360度全方位感知，以便更好感知汽车周围的整个环境。这些具体应用都推动了对车载高速互联技术的需求。

目前，汽车内部ECU之间的连接主要依赖于汽车以太网，而PCIe则仅用于ECU处理器内部连接，需要通过网卡实现以太网和PCIe之间的转换。然而，随着汽车智能化、网联化进程的加速推进，未来的汽车就像带四个轮子的数据中心，数据量激增。有统计数据对比显示，一辆智能网联汽车每日会产生约10TB的数据量，是传统燃油汽车的5至10倍，所需进行的计算量亦将呈指数级增长。因此，汽车数据骨干传输网必须支持高带宽、低延迟的高速接口。

PCIe具有的显著优势

PCIe具有以下几大关键优势：首先，带宽扩展性好。PCIe技术每迭代一次，带宽便翻倍增长；同时，PCIe也提供灵活的链路宽度，并行通道可轻松将带宽从×1扩展到×2、×4、×8或×16；其次，低延迟和高可靠性。PCIe集成最小数据开销，确保硬件级的可靠传输，将延迟降低至几十纳秒，远优于以太网需依赖TCP/IP层软件管理数据完整性与传输可靠性所导致的几微秒延迟。

再者，PCIe支持直接访问内存。通过内置的DMA方法，无需分包，大幅降低CPU处理开销资源，进一步缩短远程共享存储的延迟。此外，PCIe可保证汽车安全功能。PCIe提供了丰富的错误检测、CRC校验、内置在事务层和应用层的高级错误记录和报告，消息计数器和流量控制等功能，为实现功能安全奠定了坚实基础。

最后，PCIe拥有广泛的生态系统。作为非专有标准，PCIe已被中央处理器（CPU）、图形处理单元（GPU）和硬件加速器等众多厂商采用，使得现有组件和IP具有灵活的互操作性。

具有IDE安全性的汽车级PCIe 5.0 IP解决方案

作为芯片到系统设计领域的领导者，为了推动汽车智能化、网联化的进程，新思科技（Synopsys）打造了全球首款汽车级PCIe 5.0 IP解决方案。该方案囊括了PCIe控制器、安全模块、物理层设备（PHY）以及验证IP，可谓是构建汽车互联方案的理想选择。

▲图三 新思科技PCIe 5.0 IP解决方案

该方案能够建立低延迟、高性能的实时安全数据连接，并可快速集成到SoC中。其中，PCIe控制器支持标准要求的所有功能，可根据端点、根端口、双模式或交换机端口等应用场景进行灵活配置。完整性与数据加密（IDE）安全模块，专为PCIe-SIG IDE规范设计，为事务层数据包（TLP）提供机密性、完整性和重放保护，确保数据传输链路的安全无虞，有效防范数据被窥探、篡改或重复利用。对于对性能要求严苛的汽车应用而言，这种高级别的安全保障至关重要。同时，IDE模块与控制器无缝集成和预先验证，共同构成了高带宽、低延迟的解决方案，满足性能密集型应用的需求。

IDE安全模块支持全双工最大吞吐量，采用优化的AES-GCM加密内核（配备256位密钥），对TLP数据包进行高效加密、解密及身份验证，确保数据在传输全程保持安全且未被篡改。

此外，该解决方案还严格遵循ISO 26262和ISO/SAE 21434标准的严苛要求。新思科技面向汽车应用的PCIe IP解决方案包含一系列符合ISO 26262标准ASIL B级的功能安全机制，以防止在汽车系统的使用寿命期间发生不可预测的永久性和瞬态故障。与ISO 26262类似，为了遵守专注于道路车辆网络安全的ISO/SAE 21434标准，新思科技也实施了严格且经过认证的网络安全流程。

结语

随着车辆智能化、网联化程度的不断提高，汽车数据安全问题已成为不容忽视的重要议题。毕竟，一旦汽车遭受到网络威胁，可能会对驾驶员、乘客乃至道路上的行人构成重大风险。因此，汽车制造商在追求汽车智能化的同时，也必须将安全性放在首位。

新思科技的全球首款具有IDE数据安全保护的车规级PCIe 5.0 IP解决方案，不仅为功能安全和网络安全树立了新的基准，还提供了最高级别的汽车安全性。这一解决方案也将帮助汽车制造商及其技术供应商在加快设计周期和上市时间的同时，也为消费者带来更加安全、可靠的智能汽车产品。

本文来自TechSugar

感谢TechSugar对新思科技的关注