تولد اختبارات القيادة الذاتية على الطرق كميات هائلة من بيانات أجهزة الاستشعار. تتطلب حلول التخزين التقليدية توقف السيارة لاستبدال محرك الأقراص الثابتة، مما يضعف كفاءة الاختبار بشكل كبير. توضح هذه الورقة تفاصيل حل بطاقة التوسعة U.2 القائم على تقنية PCIe Switch، والذي يتيح التبديل السريع لمحرك الأقراص الثابتة دون توقف السيارة من خلال تصميم مخصص، مما يوفر بنية تحتية فعالة وموثوقة لتخزين بيانات القيادة الذكية.

أولاً: التحديات التي تواجه تخزين بيانات اختبارات القيادة الذاتية على الطرق

مع التطور السريع لتقنية القيادة الذاتية من المستوى L3/L4، تحتاج مركبات الاختبار على الطرق إلى جمع ومعالجة كميات هائلة من البيانات يوميًا. وإذا أخذنا أسطول الاختبار التابع لشركة معينة كمثال، فإن 15 مركبة اختبار على الطرق تعمل في وقت واحد، وكل منها مزودة بعدة أجهزة LiDAR وكاميرات عالية الدقة ورادارات تعمل بالموجات المليمترية، مما يولد عشرات التيرابايت من البيانات يوميًا.

ومع ذلك، فإن حلول تخزين البيانات التقليدية تعاني من ثلاث مشكلات رئيسية:

· سعة تخزين غير كافية: سعة محرك الأقراص الصلبة (SSD) الواحد محدودة، كما أن التجميع المستمر للبيانات بواسطة أجهزة الاستشعار عالية الدقة يؤدي إلى استنفاد مساحة التخزين بسرعة.

· توقف الاختبار بسبب استبدال القرص الصلب: تتطلب الحلول التقليدية توقف المركبة وإيقاف تشغيلها لاستبدال وسائط التخزين، مما يؤدي إلى مقاطعة عملية الاختبار المستمرة.

· عرض نطاق محدود لنقل البيانات: لا تستطيع الشبكات الداخلية تلبية متطلبات النقل في الوقت الفعلي للبيانات الضخمة.

ثانياً: البنية التقنية لبطاقة توسيع محرك الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe

ولمعالجة المشكلات المذكورة أعلاه، تعتمد حلول التخزين الرائدة في القطاع مزيجًا مبتكرًا من بطاقة توسيع محرك الأقراص الصلبة بمحول PCIe + حاوية توسيع محرك الأقراص الصلبة U.2 + واجهة MCIO عالية السرعة لتنفيذ التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD) أثناء الاختبارات الميدانية.

2.1 التكنولوجيا الأساسية لبطاقة توسيع محول PCIe

تُعد بطاقة التوسعة المزودة بمحول PCIe المحور الأساسي لنظام التخزين بأكمله. وتُربط هذه البطاقة بالكمبيوتر الصناعي المدمج عبر فتحة PCIe x16، وهي مزودة بشريحة محول PCIe عالية الأداء قادرة على توسيع منفذ PCIe واحد إلى عدة قنوات مستقلة.

المواصفات الفنية البارزة:

· تكوين الواجهة: تستخدم واجهة MCIO 8i (SFF-TA-1016)، مع 4 منافذ إخراج MCIO لكل بطاقة توسعة.

· أداء النطاق الترددي: يدعم قنوات PCIe Gen5 x4، مع عرض نطاق ترددي نظري يصل إلى 128 جيجابت في الثانية لكل منفذ، بالإضافة إلى التوافق مع الإصدارات السابقة من PCIe 4.0/3.0.

· قدرة التوسع: يمكن لبطاقة واحدة توصيل ما يصل إلى 8 محركات أقراص SSD من نوع U.2 NVMe لتلبية احتياجات التخزين ذات السعة الكبيرة.

في تطبيقات التخزين المدمجة، تتمتع كل من بطاقات التوسعة U.2 و M.2 بمزايا خاصة بها: تعتمد بطاقات التوسعة U.2 على الشكل القياسي مقاس 2.5 بوصة، وتدعم التصميم القابل للتبديل السريع، وتتمتع بسعة محرك واحد تزيد عن 16 تيرابايت، كما أنها مناسبة للتطبيقات ذات السعة الكبيرة والموثوقية العالية على مستوى المؤسسات. تتوافق واجهة U.2 مع بروتوكولات SAS/PCIe وتتميز بتنوع كبير في الاستخدامات.

ثالثاً: تطبيق تقنية التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة

يُعد التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD) الابتكار الأساسي في هذا الحل. وبفضل دعم التبديل السريع على مستوى الأجهزة، يمكن للمهندسين استبدال وسائط التخزين بأمان أثناء تشغيل المركبة دون الحاجة إلى إيقافها أو إيقاف تشغيلها.

3.1 مبدأ عمل التبديل السريع

تعتمد تقنية التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة على الدعم على ثلاثة مستويات:

· مستوى الأجهزة: تدعم شريحة محول PCIe التفعيل/التعطيل الديناميكي للمنافذ، كما توفر اللوحة الخلفية لمحرك الأقراص الصلبة U.2 التحكم في توقيت تزويد الطاقة لضمان التحكم في تأثير التيار أثناء التوصيل والفصل.

· إصدار البرنامج الثابت: تم تزويد درج محرك الأقراص الصلبة بوحدة تحكم للتبديل السريع تراقب التغيرات في حالة حجرة محرك الأقراص وترسل أحداث إدخال/إزالة الجهاز إلى النظام.

· مستوى البرامج: يدعم نظام التشغيل التبديل السريع لأجهزة NVMe، ويمكن لنظام الملفات إلغاء تثبيت وحدات التخزين وإعادة تثبيتها بأمان.

3.2 عملية التبديل السريع

بأخذ أسطول مكون من 15 مركبة في اختبار على الطريق كمثال، فإن عملية التبديل السريع لوحدات SSD تتم على النحو التالي:

الخطوة 1: الرصد والإنذار المبكر – يقوم النظام بمراقبة السعة المتبقية لكل محرك أقراص SSD في الوقت الفعلي، ويصدر تلقائيًا تنبيهًا مبكرًا عندما تنخفض مساحة التخزين عن الحد الأدنى المحدد.

الخطوة 2: إلغاء التثبيت الآمن – يقوم المهندسون بإجراء عملية فصل آمنة عبر واجهة البرنامج، ويقوم النظام بإفراغ البيانات وفصل نظام الملفات.

الخطوة 3: الاستبدال الفعلي – بفضل تصميم الدرج EZ-Slide، يمكن سحب محرك الأقراص بالكامل وإدخال محرك جديد بسرعة أثناء قيادة السيارة بسرعة منخفضة أو عند التوقف لفترة قصيرة، ولا تستغرق العملية بأكملها سوى بضع ثوانٍ.

الخطوة 4: التعرف التلقائي – بعد اكتشاف توصيل محرك الأقراص الجديد، يقوم النظام تلقائيًا بإتمام تهيئة الجهاز وتركيب نظام الملفات، وتستأنف عملية كتابة البيانات على الفور.

الرابع: تطبيق حلقة مغلقة لبيانات القيادة الذكية

استنادًا إلى بطاقة توسيع محرك الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe وتقنية التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD)، تم إنشاء نظام متكامل للبيانات الخاصة بالقيادة الذكية يعمل بنظام الحلقة المغلقة:جمع البيانات على متن المركبة: تعمل 15 مركبة اختبار على الطرق في وقت واحد، كل منها مزودة ببطاقة توسعة محول PCIe واحدة وحاوية توسعة لمحركات الأقراص الصلبة U.2 ذات 8 فتحات. ويتم تسجيل البيانات الواردة من أجهزة LiDAR والكاميرات ورادارات الموجات المليمترية على محركات أقراص SSD U.2 NVMe في الوقت الفعلي عبر قناة PCIe 5.0 عالية السرعة.استبدال القرص الصلب دون توقف: عندما يمتلئ القرص الصلب، يتم استبداله مباشرةً عبر وظيفة التبديل السريع دون مقاطعة اختبار السيارة. وبالمقارنة مع الحلول التقليدية، تتحسن كفاءة اختبار القيادة على الطرق بنسبة تزيد عن 30%.تحليل البيانات السحابية: يتم تركيب محركات الأقراص الصلبة المستبدلة في الخوادم المحلية (24 فتحة U.2) ونقل البيانات إلى السحابة عبر شبكة 10 جيجابت، حيث يتم تشغيل خوارزميات خاصة لتنقية البيانات ووضع التعليقات التوضيحية على المشاهد وتدريب النماذج.

خامساً: ملخص مزايا الحل

· ناقل حركة عالي الأداء: توفر بطاقة التوسعة PCIe Switch نطاقًا تردديًا إجماليًا يبلغ 64 جيجابايت لتلبية احتياجات الكتابة المتزامنة لأجهزة الاستشعار متعددة القنوات.

· التوسع المرن: تدعم بطاقات التوسعة U.2 محركات الأقراص الصلبة SSD ذات السعة الكبيرة والمخصصة للمؤسسات، حيث تصل سعة التخزين القصوى للنظام الواحد إلى 128 تيرابايت.

· دعم التبديل السريع: يتيح تصميم التبديل السريع للقرص الصلب استبدال القرص دون إيقاف السيارة، مما يضمن استمرارية الاختبار.

· موثوقية على مستوى الصناعة: هيكل معدني بالكامل وتصميم مقاوم للاهتزاز يتكيفان مع الظروف القاسية داخل الطائرة.

· سهولة الصيانة: يتيح تصميم الدرج EZ-Slide لشخص واحد إتمام عمليات استبدال محرك الأقراص الصلبة.

سادساً: الخاتمة

دخلت المنافسة في قطاع القيادة الذاتية مرحلتها الثانية مدفوعةً بالبيانات. وتوفر بطاقة توسيع محرك الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe، إلى جانب بطاقة التوسيع U.2 وتقنية التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة SSD، حلاً فعالاً وموثوقاً وقابلاً للتطوير لتخزين بيانات القيادة الذكية. مع انتشار تقنية PCIe 5.0 والانخفاض المستمر في تكلفة محركات الأقراص الصلبة SSD NVMe، سيتم تطبيق هذا الحل على نطاق واسع في المزيد من مشاريع القيادة الذاتية، مما يساعد الشركات على بناء قدرة قوية على إغلاق حلقة البيانات.