مع التطور السريع لتقنيات القيادة الذكية، أصبح جمع وتخزين بيانات الاختبارات الميدانية عقبة رئيسية تعوق تطور هذا القطاع. تقدم هذه الورقة تحليلاً متعمقاً لحلول التخزين القائمة على بطاقات توسيع محركات الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe، وبطاقات التوسيع U.2، وبطاقات التوسيع M.2. وتركز على كيفية تمكين تقنية التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD) من استبدال الأقراص بسلاسة دون مقاطعة العمليات، مما يساعد مزودي حلول القيادة الذاتية الشاملة على بناء بنية تحتية فعالة للبيانات.

أولاً: الطلب في السوق على حلول تخزين بيانات القيادة الذكية

وفقًا لتوقعات مؤسسات الأبحاث المتخصصة في هذا المجال، سيتجاوز العدد الإجمالي لمركبات اختبار القيادة الذاتية 100,000 مركبة بحلول عام 2025. ويقوم مزودو حلول القيادة الذاتية — ممثلين بشركة معينة — حالياً بنشر أساطيل اختبار واسعة النطاق. وعادةً ما تضم كل أسطول أكثر من 15 مركبة اختبار، كل منها مزودة بمجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار مثل الليدار والكاميرات عالية الدقة ورادار الموجات المليمترية.

كمية البيانات التي تولدها هذه المستشعرات يوميًا مذهلة:

• LiDAR: مئات الآلاف من نقاط البيانات السحابية في الثانية، حيث يصل حجم البيانات اليومي إلى 5–10 تيرابايت.

• كاميرا عالية الدقة: تدفقات فيديو متعددة بدقة 4K/8K، تنتج ما بين 8 و15 تيرابايت يوميًا.

• رادار الموجات المليمترية وشبكة CAN: تدفق بيانات مستمر، يتراوح بين 1 و3 تيرابايت يوميًا

لم تعد محركات الأقراص الصلبة SSD التقليدية التي تعمل بتقنية SATA أو محركات الأقراص الصلبة الميكانيكية قادرة على تلبية متطلبات النطاق الترددي العالي وعمليات الكتابة ذات السعة الكبيرة. وقد أصبح بروتوكول NVMe، مقترناً بواجهة PCIe عالية السرعة، خياراً لا مفر منه، في حين تُعد بطاقات توسيع محركات الأقراص الصلبة مكونات أساسية لتحقيق سعة تخزين كبيرة وموثوقية عالية.

ثانياً: شرح مفصل لتقنية بطاقة توسيع محرك الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe

تعد بطاقة توسيع محركات الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe مكونًا أساسيًا في أنظمة التخزين داخل المركبات، حيث تتولى مهمة توزيع إشارات PCIe الصادرة من الكمبيوتر الصناعي على عدة محركات أقراص SSD، مما يتيح التوسع المرن في سعة التخزين.

2.1 مبدأ تشغيل شريحة محول PCIe

رقاقة محول PCIe هي جهاز لتحويل الإشارات عالي السرعة يمكنه تخصيص منافذ PCIe الواردة ديناميكيًا لعدد من الأجهزة المتصلة بها. وفي تطبيقات التخزين في قطاع السيارات، تتبنى بطاقات التوسعة المزودة بمحولات PCIe عادةً البنية التالية:

• المنفذ العلوي: يتصل بوحدة المعالجة المركزية (CPU) للكمبيوتر الصناعي المثبت داخل السيارة عبر فتحة PCIe x16، ويستقبل تدفقات البيانات عالية السرعة.

• نواة التبديل: شريحة تبديل PCIe تتيح التوجيه الذكي للحزم وتخصيص النطاق الترددي.

• المنفذ النهائي: يوفر عدة مسارات PCIe x4 عبر واجهة MCIO، ويتصل بمحركات أقراص SSD من نوع U.2 أو M.2.

• بطاقة التوسعة U.2: تتبنى الشكل القياسي مقاس 2.5 بوصة وتدعم واجهة SFF-8639. تتميز محركات أقراص SSD من نوع U.2 بمزايا مثل السعة الكبيرة، والتبريد الفعال، ودعم التبديل السريع. يمكن أن تصل سعة محرك الأقراص الواحد إلى 16 تيرابايت أو أكثر، مما يجعلها مثالية لسيناريوهات الاختبار الميداني التي تتطلب استبدال وسائط التخزين بشكل متكرر.

في سيناريوهات اختبار القيادة الذاتية على الطرق، حيث يتطلب الأمر استبدال محركات الأقراص الصلبة بشكل متكرر وتحتاج إلى سعة تخزين عالية، تُعد بطاقات التوسعة U.2 الخيار الأفضل.

ثالثًا: تقنيات التبديل السريع للقرص الصلب وتقنيات التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD)

يشير "التبديل السريع" لمحركات الأقراص الصلبة إلى التقنية التي تتيح إدخال أو إزالة وسائط التخزين بأمان أثناء تشغيل الجهاز. وفي سيناريوهات اختبار القيادة الذاتية على الطرق، يمكن لميزة التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD) أن تحسّن كفاءة الاختبار بشكل كبير وتمنع انقطاع الاختبارات بسبب استبدال محركات الأقراص الصلبة.

3.1 مبدأ تقنية التبديل السريع

يتطلب تحقيق التبديل السريع الموثوق للأقراص الصلبة بذل جهود منسقة على ثلاثة مستويات: الأجهزة، والبرامج الثابتة، والبرامج.

• على مستوى الأجهزة: تدعم شريحة محول PCIe التفعيل والتعطيل الديناميكيين على مستوى المنافذ؛ وتضم اللوحة الخلفية لمحرك الأقراص الصلبة U.2 دوائر تحكم في تسلسل الطاقة لضمان السيطرة على ارتفاعات التيار أثناء إدخال محرك الأقراص وإزالته؛ وتتميز واجهة MCIO بتصميم مضمون لضمان موثوقية الاتصالات.

• مستوى البرامج الثابتة: تم تجهيز حاوية محرك الأقراص الصلبة بوحدة تحكم قابلة للتبديل أثناء التشغيل، تعمل على مراقبة حالة إدخال وإزالة كل حجرة محرك أقراص في الوقت الفعلي، وتقوم بإخطار النظام عبر إشارات المقاطعة للتعامل مع عمليات التوصيل أثناء التشغيل الخاصة بالأجهزة.

• على مستوى البرامج: تدعم نواة نظام التشغيل التوصيل السريع لأجهزة NVMe؛ ويمكن لنظام الملفات إلغاء تثبيت وحدات التخزين وإعادة تثبيتها بأمان؛ كما يمكن للتطبيقات رصد أحداث تغيير الأجهزة وتنفيذ الإجراءات المناسبة.

3.2 إجراءات التبديل أثناء التشغيل

بأخذ أسطول مكون من 15 مركبة تجريبية من شركة معينة كمثال، فإن الإجراء التشغيلي القياسي لتبديل محركات SSD أثناء التشغيل هو كما يلي:

الخطوة 1: مراقبة السعة. تقوم الخلفية النظامية بمراقبة السعة المتبقية لكل محرك أقراص SSD بشكل مستمر وفي الوقت الفعلي. وعندما تنخفض مساحة التخزين عن الحد الأدنى المحدد مسبقًا (على سبيل المثال، 20٪)، يتم إرسال إشعار تنبيه تلقائي إلى المهندسين.

الخطوة 2: الفصل الآمن. يختار المهندس القرص الصلب المستهدف من خلال واجهة الإدارة ويقوم بعملية فصل آمنة. ويقوم النظام بإفراغ البيانات ومزامنة ذاكرة التخزين المؤقت وفصل نظام الملفات، مما يضمن سلامة البيانات.

الخطوة 3: الاستبدال المادي. بفضل تصميم صينية الاستخراج EZ-Slide الخاصة بعلبة محرك الأقراص الصلبة، يمكن للمهندسين إجراء عملية الاستبدال أثناء سير السيارة بسرعة منخفضة.

عند القيادة أو التوقف لفترة قصيرة، قم بإزالة القرص الممتلئ بسرعة وأدخل قرصًا جديدًا. يعرض مؤشر الحالة LED حالة تشغيل كل حجرة أقراص في الوقت الفعلي.

الخطوة 4: التعرف التلقائي. بعد أن يكتشف النظام إدخال قرص جديد، يقوم تلقائيًا بإتمام تهيئة جهاز NVMe وتقسيمه وتركيب نظام الملفات. وتستأنف عملية كتابة البيانات على الفور، ولا تتطلب العملية بأكملها أي تدخل يدوي.

الرابع: حل متكامل ذو حلقة مغلقة لبيانات القيادة الذكية

بفضل حلول التخزين القابلة للتبديل أثناء التشغيل، والتي تعتمد على بطاقات توسيع محركات الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe وبطاقات التوسيع U.2، يمكن لمزودي حلول القيادة الذاتية إنشاء نظام بيانات كامل ذي حلقة مغلقة.

4.1 النشر من جانب المركبة

تُزوَّد كل مركبة تُخضع لاختبارات على الطرق ببطاقة توسعة محول PCIe واحدة، والتي تتصل بالكمبيوتر الصناعي المدمج عبر فتحة PCIe x16. وتُوصَّل بطاقة التوسعة عبر كابلات MCIO عالية السرعة بعلبة أقراص صلبة U.2 ذات 8 فتحات، مُركَّبة في حجرة محرك الأقراص الضوئية مقاس 5.25 بوصة. يحتوي العلبة على ثمانية محركات أقراص SSD U.2 NVMe عالية السعة، حيث يتوفر كل محرك بسعات 4 تيرابايت أو 8 تيرابايت أو 16 تيرابايت. يمكن أن تصل سعة التخزين القصوى لكل جهاز إلى 128 تيرابايت.

4.2 جمع البيانات والكتابة

أثناء الاختبارات على الطرق، يقوم الكمبيوتر الصناعي بجمع بيانات أجهزة الاستشعار متعددة القنوات في الوقت الفعلي، بما في ذلك سحب نقاط LiDAR والفيديو عالي الدقة وإشارات الرادار. ويتم تسجيل البيانات على محرك أقراص SSD من نوع U.2 عبر قناة PCIe 5.0 عالية السرعة. وبفضل النطاق الترددي الإجمالي البالغ 64 جيجابايت، تظل العملية سلسة دون أي انخفاض في الإطارات أو تأخير، حتى عند كتابة تدفقات فيديو متعددة بدقة 4K في وقت واحد.

4.3 استبدال الأقراص وتحميل البيانات دون إيقاف التشغيل

عندما توشك سعة تخزين القرص الصلب على النفاد، يقوم المهندسون باستبدال القرص SSD بسرعة باستخدام ميزة التبديل السريع للقرص الصلب — دون إيقاف السيارة، مما يسمح بمواصلة الاختبار دون انقطاع. ثم يتم إدخال القرص الممتلئ الذي تم استبداله في لوحة خلفية U.2 ذات 24 فتحة على خادم محلي ويتم تحميله بسرعة عالية عبر شبكة 10 جيجابت إلى مركز بيانات سحابي.

4.4 تحليل البيانات القائم على السحابة

في السحابة، تُشغَّل برامج الخوارزميات الخاصة بالعملاء لإجراء تحليل متعمق للبيانات المجمَّعة: حيث تعمل عملية تنقية البيانات على إزالة المعلومات غير الصحيحة، بينما يحدد استخراج السيناريوهات السيناريوهات الرئيسية المؤثرة، وتقوم عملية التوضيح التلقائي بإنشاء عينات تدريبية، ويؤدي تدريب النموذج إلى تحسين خوارزميات الإدراك واتخاذ القرار. ثم يتم نشر النموذج المحسَّن مرة أخرى في المركبات عبر التحديث عبر الهواء (OTA)، مما يخلق حلقة بيانات كاملة.

 خامساً: المزايا الأساسية للخطة

• الأداء العالي: توفر بطاقة توسيع محول PCIe نطاقًا تردديًا إجماليًا يبلغ 64 جيجابايت. وبفضل أداء PCIe 5.0 الذي يبلغ ضعف أداء PCIe 4.0، فإنها تلبي متطلبات الكتابة لأجهزة الاستشعار المستقبلية ذات الدقة الأعلى.

• سعة كبيرة: تدعم بطاقة التوسعة U.2 محركات أقراص SSD عالية السعة من فئة المؤسسات، بسعة تخزين قصوى تبلغ 128 تيرابايت لكل جهاز، مما يلبي متطلبات الاختبارات الميدانية المطولة.

• قابلية التبديل أثناء التشغيل: يتيح تصميم محرك الأقراص الصلبة (SSD) القابل للتبديل أثناء التشغيل استبدال القرص دون الحاجة إلى إيقاف السيارة، مما يرفع كفاءة الاختبارات على الطرق بنسبة تزيد عن 30% ويقلل بشكل كبير من تكاليف تشغيل الأسطول.

• موثوقية عالية: هيكل "تاف أرمور" (ToughArmor) مصنوع بالكامل من المعدن، وتصميم مقاوم للاهتزازات، ونطاق واسع لدرجات حرارة التشغيل (من 0 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية)، مما يجعله مناسبًا للظروف القاسية داخل المركبات.

• سهولة الصيانة: تصميم أدراج EZ-Slide، ومؤشرات حالة LED، وإمكانية استبدال محركات الأقراص الصلبة أثناء التشغيل، وهي عمليات يمكن أن يقوم بها شخص واحد.

• قابلية التوسع: يدعم التصميم المعياري تشغيل ما يصل إلى 15 مركبة في وقت واحد، كما تسهل واجهة MCIO توسيع النظام وترقيته.

سادساً: آفاق القطاع

مع تقدم تكنولوجيا القيادة الذاتية نحو المستويات L3/L4، سيزداد حجم بيانات الاختبارات على الطرق بشكل هائل. ويوفر الانتشار الواسع لتقنية PCIe 5.0 هامشًا كبيرًا من الأداء لتخزين البيانات داخل المركبة، في حين أن تصميم محركات الأقراص الصلبة القابلة للتبديل أثناء التشغيل يعالج التحدي المتمثل في جمع البيانات بشكل مستمر.

بالنسبة لمقدمي حلول القيادة الذاتية الشاملة، التي تعتمد على بطاقات توسيع محركات الأقراص الصلبة المزودة بمحول PCIe وبطاقات التوسيع U.2،

لا تُعد حلول التخزين المزودة بتقنية التبديل السريع لمحركات الأقراص الصلبة (SSD) وسيلة فعالة للتغلب على معوقات التخزين الحالية فحسب، بل تُعد أيضًا استثمارًا استراتيجيًا لبناء قدرة تنافسية طويلة الأمد في مجال البيانات.

في المراحل المتقدمة من مسابقة القيادة الذكية، ستحدد القدرة على تحقيق حلقة مغلقة للبيانات القدرة التنافسية الأساسية للشركة. ويُعد اختيار بنية تحتية للتخزين موثوقة وفعالة وقابلة للتوسع قرارًا بالغ الأهمية يجب على كل شركة تعمل في مجال القيادة الذاتية أن تضعه على رأس أولوياتها.