Avec l'évolution rapide des technologies de conduite autonome, la collecte et le stockage des données issues des essais sur route sont devenus un goulot d'étranglement majeur qui freine le développement du secteur. Cet article propose une analyse approfondie des solutions de stockage basées sur des cartes d'extension de disques durs à commutateur PCIe, des cartes d'extension U.2 et des cartes d'extension M.2. Il met l'accent sur la manière dont la technologie de remplacement à chaud des SSD permet de changer de disque sans interruption de service, aidant ainsi les fournisseurs de solutions de conduite autonome de bout en bout à mettre en place une infrastructure de données efficace.

I. Demande du marché en matière de stockage de données pour la conduite autonome

Selon les prévisions des instituts de recherche du secteur, le nombre mondial de véhicules d'essai pour la conduite autonome dépassera les 100 000 d'ici 2025. Les fournisseurs de solutions de conduite autonome — représentés par une certaine entreprise — déploient désormais des flottes d'essai à grande échelle. Chaque flotte comprend généralement plus de 15 véhicules d'essai, chacun équipé d'une variété de capteurs tels que des lidars, des caméras haute définition et des radars à ondes millimétriques.

La quantité de données générées chaque jour par ces capteurs est stupéfiante :

• LiDAR : des centaines de milliers de points de données de nuages de points par seconde, avec des volumes quotidiens atteignant 5 à 10 To.

• Caméra haute définition : plusieurs flux vidéo 4K/8K, générant entre 8 et 15 To par jour.

• Radar à ondes millimétriques et bus CAN : flux de données continu, 1 à 3 To par jour

Les SSD SATA traditionnels ou les disques durs mécaniques ne sont plus en mesure de répondre aux exigences liées à une bande passante aussi élevée et à des opérations d'écriture de grande capacité. Le protocole NVMe, associé à l'interface PCIe haut débit, est devenu un choix incontournable, tandis que les cartes d'extension de stockage constituent des composants essentiels pour obtenir un stockage de grande capacité et hautement fiable.

II. Explication détaillée de la technologie des cartes d'extension de disque dur à commutateur PCIe

La carte d'extension de disque dur avec commutateur PCIe est un composant essentiel des systèmes de stockage embarqués ; elle assure la prolongation et la distribution des signaux PCIe provenant du PC industriel vers plusieurs SSD, permettant ainsi une extension flexible de la capacité de stockage.

2.1 Principe de fonctionnement de la puce de commutation PCIe

Une puce de commutation PCIe est un dispositif de commutation de signaux à haut débit capable d'attribuer de manière dynamique des ports PCIe en amont à plusieurs périphériques en aval. Dans les applications de stockage automobile, les cartes d'extension à commutateur PCIe adoptent généralement l'architecture suivante :

• Port amont : se connecte au processeur du PC industriel embarqué via un emplacement PCIe x16 et reçoit des flux de données à haut débit.

• Cœur de commutation : une puce de commutation PCIe qui permet un routage intelligent des paquets et une allocation de la bande passante.

• Port en aval : fournit plusieurs voies PCIe x4 via l'interface MCIO, permettant de connecter des SSD U.2 ou M.2.

• Carte d'extension U.2 : adopte le format standard 2,5 pouces et prend en charge l'interface SFF-8639. Les SSD U.2 offrent des avantages tels qu'une grande capacité, une excellente dissipation thermique et la prise en charge du remplacement à chaud. Un seul disque peut atteindre une capacité de 16 To ou plus, ce qui les rend idéaux pour les scénarios de tests sur le terrain qui nécessitent un remplacement fréquent des supports de stockage.

Dans le cadre des essais routiers de conduite autonome, où des remplacements fréquents de disques durs sont nécessaires et où une grande capacité de stockage est requise, les cartes d'extension U.2 constituent le meilleur choix.

III. Technologies de remplacement à chaud des disques durs et des SSD

Le remplacement à chaud des disques durs désigne la technologie qui permet d'insérer ou de retirer des supports de stockage en toute sécurité pendant que l'appareil est en marche. Dans le cadre d'essais routiers de conduite autonome, la fonctionnalité de remplacement à chaud des SSD peut améliorer considérablement l'efficacité des essais et éviter les interruptions causées par le remplacement des disques durs.

3.1 Principe de la technologie de remplacement à chaud

Pour garantir un remplacement à chaud fiable des disques durs, il faut une coordination à trois niveaux : matériel, micrologiciel et logiciel.

• Au niveau matériel : la puce du commutateur PCIe prend en charge l'activation et la désactivation dynamiques au niveau des ports ; le fond de panier pour disques durs U.2 intègre des circuits de contrôle de la séquence d'alimentation afin de garantir la maîtrise des pics de courant lors de l'insertion et du retrait des disques ; l'interface MCIO bénéficie d'une conception à sécurité intégrée pour garantir des connexions fiables.

• Niveau micrologiciel : le boîtier de disques durs est équipé d'un contrôleur remplaçable à chaud qui surveille en temps réel l'état d'insertion et de retrait de chaque baie de disque et avertit le système par des signaux d'interruption afin de gérer les événements de connexion à chaud des périphériques.

• Au niveau logiciel : le noyau du système d'exploitation prend en charge la connexion à chaud des périphériques NVMe ; le système de fichiers peut démonter et remonter les volumes de stockage en toute sécurité ; et les applications peuvent détecter les événements liés aux modifications de périphériques et effectuer les actions correspondantes.

3.2 Procédure de remplacement à chaud

Prenons l'exemple d'une flotte de 15 véhicules d'essai routier appartenant à une certaine entreprise : la procédure standard pour le remplacement à chaud des SSD est la suivante :

Étape 1 : Surveillance de la capacité. Le backend du système surveille en permanence et en temps réel la capacité restante de chaque SSD. Lorsque l'espace de stockage passe en dessous d'un seuil prédéfini (par exemple, 20 %), il envoie automatiquement une alerte aux ingénieurs.

Étape 2 : Démontage sécurisé. L'ingénieur sélectionne le disque dur cible via l'interface de gestion et effectue une opération de démontage sécurisé. Le système procède à la vidange de la mémoire tampon, à la synchronisation du cache et au démontage du système de fichiers, garantissant ainsi l'intégrité des données.

Étape 3 : Remplacement physique. Grâce à la conception du plateau d'extraction EZ-Slide du boîtier du disque dur, les ingénieurs peuvent procéder au remplacement pendant que le véhicule roule à faible vitesse.

Lorsque vous conduisez ou que vous vous garez brièvement, retirez rapidement le disque plein et insérez-en un nouveau. Le voyant d'état LED indique en temps réel l'état de fonctionnement de chaque emplacement de disque.

Étape 4 : Reconnaissance automatique. Dès que le système détecte l'insertion d'un nouveau disque, il procède automatiquement à l'initialisation du périphérique NVMe, à son partitionnement et au montage du système de fichiers. L'écriture des données reprend immédiatement, et l'ensemble du processus ne nécessite aucune intervention manuelle.

IV. Une solution complète en boucle fermée pour les données de conduite intelligente

Grâce à des solutions de stockage remplaçables à chaud basées sur des cartes d'extension de disques durs à commutateur PCIe et des cartes d'extension U.2, les fournisseurs de solutions de conduite autonome peuvent mettre en place un système complet de boucle fermée pour les données.

4.1 Déploiement côté véhicule

Chaque véhicule d'essai sur route est équipé d'une carte d'extension de commutateur PCIe, qui se connecte à l'ordinateur industriel embarqué via un emplacement PCIe x16. La carte d'extension est reliée, par des câbles haute vitesse MCIO, à un boîtier de disques durs U.2 à 8 baies installé dans la baie du lecteur optique de 5,25 pouces. Le boîtier abrite huit SSD U.2 NVMe haute capacité, chaque disque étant disponible en capacités de 4 To, 8 To ou 16 To. La capacité de stockage maximale par appareil peut atteindre 128 To.

4.2 Collecte des données et rédaction

Lors des essais sur route, le PC industriel collecte en temps réel des données provenant de capteurs multicanaux, notamment des nuages de points LiDAR, des vidéos haute définition et des signaux radar. Ces données sont enregistrées sur un SSD U.2 via un canal PCIe 5.0 haut débit. Grâce à une bande passante totale de 64 Go, même lorsque plusieurs flux vidéo 4K sont enregistrés simultanément, le processus reste fluide, sans perte d'images ni latence.

4.3 Remplacement à chaud des disques et transfert de données

Lorsque l'espace de stockage du disque dur est sur le point d'être saturé, les ingénieurs remplacent rapidement le SSD en tirant parti de la fonctionnalité de remplacement à chaud du disque dur, sans arrêter le véhicule, ce qui permet de poursuivre les essais sans interruption. Le disque plein remplacé est ensuite inséré dans un fond de panier U.2 à 24 baies sur un serveur local et transféré à grande vitesse via un réseau 10 gigabits vers un centre de données cloud.

4.4 Analyse des données dans le cloud

Dans le cloud, les algorithmes propriétaires des clients sont exécutés pour effectuer une analyse approfondie des données collectées : le nettoyage des données élimine les informations invalides, l'extraction de scénarios identifie les scénarios de conduite clés, l'annotation automatique génère des échantillons d'entraînement, et l'entraînement des modèles optimise les algorithmes de perception et de prise de décision. Le modèle optimisé est ensuite redéployé dans les véhicules via une mise à jour OTA, créant ainsi une boucle de données complète.

 V. Principaux avantages du programme

• Haute performance : la carte d'extension de commutateur PCIe offre une bande passante totale de 64 Go. Les performances du PCIe 5.0 étant deux fois supérieures à celles du PCIe 4.0, elle répond aux exigences en matière d'écriture des futurs capteurs dotés de résolutions encore plus élevées.

• Grande capacité : la carte d'extension U.2 prend en charge les SSD haute capacité de niveau professionnel, avec une capacité de stockage maximale de 128 To par périphérique, répondant ainsi aux exigences des essais sur route de longue durée.

• Remplacement à chaud : la conception permettant le remplacement à chaud du SSD permet de changer le disque sans immobiliser le véhicule, ce qui améliore l'efficacité des essais sur route de plus de 30 % et réduit considérablement les coûts d'exploitation de la flotte.

• Haute fiabilité : structure ToughArmor entièrement métallique, conception résistante aux vibrations et large plage de températures de fonctionnement (de 0 °C à 70 °C), adaptée aux environnements difficiles à l'intérieur des véhicules.

• Entretien facile : conception des tiroirs EZ-Slide, voyants d'état à LED et remplacement à chaud des disques durs pouvant être effectué par une seule personne.

• Évolutif : sa conception modulaire permet le déploiement simultané de jusqu'à 15 véhicules, et l'interface MCIO facilite l'extension et la mise à niveau du système.

VI. Perspectives du secteur

À mesure que la technologie de conduite autonome évolue vers les niveaux L3 et L4, le volume des données issues des essais sur route va croître de manière exponentielle. L'adoption généralisée de la technologie PCIe 5.0 offre une marge de performance suffisante pour le stockage embarqué, tandis que la conception des disques durs remplaçables à chaud permet de relever le défi de l'acquisition continue de données.

Pour les fournisseurs de solutions complètes de conduite autonome, basées sur des cartes d'extension de disque dur PCIe Switch et des cartes d'extension U.2,

Les solutions de stockage dotées de la technologie SSD remplaçable à chaud constituent non seulement un moyen efficace de résoudre les goulots d'étranglement actuels en matière de stockage, mais aussi un investissement stratégique pour assurer la compétitivité à long terme des données.

Dans les dernières phases de la course à la conduite autonome, la capacité à mettre en place une boucle fermée de données déterminera la compétitivité fondamentale d'une entreprise. Le choix d'une infrastructure de stockage fiable, efficace et évolutive est une décision cruciale à laquelle toute entreprise spécialisée dans la conduite autonome doit accorder la priorité.