자율주행 도로 주행 테스트에서는 방대한 양의 센서 데이터가 생성됩니다. 기존의 저장 솔루션은 하드 드라이브 교체를 위해 차량을 정지시켜야 하므로, 시험 효율성이 크게 저하됩니다. 본 논문은 PCIe 스위치 기술을 기반으로 한 U.2 확장 카드 솔루션을 상세히 설명합니다. 이 솔루션은 전용 설계를 통해 차량을 정지시키지 않고도 하드 드라이브를 핫스왑할 수 있게 하여, 지능형 주행 데이터 저장을 위한 효율적이고 신뢰할 수 있는 인프라를 제공합니다.

I. 자율주행 도로 주행 테스트 데이터 저장 시 직면한 과제

L3/L4 레벨 자율주행 기술의 급속한 발전에 따라, 도로 주행 테스트 차량은 매일 방대한 양의 데이터를 수집하고 처리해야 합니다. 특정 기업의 테스트 차량단을 예로 들면, 15대의 도로 주행 테스트 차량이 동시에 운행되며, 각 차량에는 다수의 라이다(LiDAR), 고해상도 카메라 및 밀리미터파 레이더가 장착되어 있어 매일 수십 테라바이트의 데이터를 생성합니다.

그러나 기존의 데이터 저장 솔루션에는 세 가지 주요 문제점이 있습니다:

· 저장 용량이 부족합니다: 단일 SSD의 용량은 제한적이며, 고해상도 센서를 통한 지속적인 데이터 수집으로 인해 저장 공간이 금세 부족해집니다.

· 하드 드라이브 교체로 인한 테스트 중단: 기존의 방식에서는 저장 매체를 교체하기 위해 차량을 정지시키고 시동을 꺼야 하므로, 지속적인 테스트 과정이 중단됩니다.

· 제한된 데이터 전송 대역폭: 온보드 네트워크는 방대한 데이터의 실시간 백홀 요구 사항을 충족할 수 없습니다.

II. PCIe 스위치 하드 드라이브 확장 카드의 기술적 아키텍처

이러한 문제점을 해결하기 위해, 업계 최고의 스토리지 솔루션은 다음과 같은 혁신적인 조합을 도입했습니다. PCIe 스위치 하드 드라이브 확장 카드 + U.2 하드 드라이브 확장 인클로저 + MCIO 고속 인터페이스 도로 주행 테스트 중 SSD 핫스왑을 구현하기 위해.

2.1 PCIe 스위치 확장 카드의 핵심 기술

PCIe 스위치 확장 카드는 전체 스토리지 시스템의 핵심 허브입니다. 이 카드는 PCIe x16 슬롯을 통해 온보드 산업용 컴퓨터에 연결되며, 단일 PCIe 포트를 여러 개의 독립적인 채널로 확장할 수 있는 고성능 PCIe 스위치 칩으로 구성되어 있습니다.

주요 기술 사양:

· 인터페이스 구성: MCIO 8i(SFF-TA-1016) 인터페이스를 채택하였으며, 확장 카드당 4개의 MCIO 출력 포트를 갖추고 있습니다.

· 대역폭 성능: PCIe Gen5 x4 채널을 지원하며, 이론상 단일 포트 대역폭은 최대 128Gbps이며 PCIe 4.0/3.0과 하위 호환됩니다.

· 확장성: 단일 카드 하나로 최대 8개의 U.2 NVMe SSD를 연결하여 대용량 스토리지 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

온보드 스토리지 애플리케이션에서, U.2 및 M.2 확장 카드는 각각 고유한 장점을 가지고 있습니다. U.2 확장 카드는 표준 2.5인치 폼 팩터를 채택하고, 핫스왑 설계를 지원하며, 단일 드라이브 용량이 16TB를 초과하여 대용량 및 고신뢰성이 요구되는 엔터프라이즈급 애플리케이션에 적합합니다. U.2 인터페이스는 SAS/PCIe 프로토콜과 호환되며 높은 범용성을 갖추고 있습니다.

III. 하드 드라이브 핫스왑 기술의 구현

SSD 핫스왑 기능은 이 솔루션의 핵심 혁신 기술입니다. 하드웨어 수준의 핫스왑 기능을 통해 엔지니어들은 차량을 정지하거나 시동을 끄지 않고도 주행 중에 안전하게 저장 장치를 교체할 수 있습니다.

3.1 핫스왑의 작동 원리

하드 드라이브 핫스왑 기술은 다음 세 가지 수준의 지원에 의존합니다:

· 하드웨어 수준: PCIe 스위치 칩은 동적 포트 활성화/비활성화 기능을 지원하며, U.2 하드 드라이브 백플레인은 전원 타이밍 제어 기능을 제공하여 장치를 연결하거나 분리할 때 전류 변화를 효과적으로 제어할 수 있도록 합니다.

· 펌웨어 버전: 하드 드라이브 트레이에는 드라이브 베이 상태의 변화를 모니터링하고 장치 삽입/제거 이벤트를 시스템에 전송하는 핫스왑 컨트롤러가 내장되어 있습니다.

· 소프트웨어 수준: 이 운영 체제는 NVMe 장치의 핫 스왑을 지원하며, 파일 시스템은 스토리지 볼륨을 안전하게 마운트 해제하고 다시 마운트할 수 있습니다.

3.2 핫스왑 작동 절차

15대의 차량으로 구성된 도로 주행 테스트 차량단을 예로 들면, SSD 핫스왑 작업 절차는 다음과 같습니다:

1단계: 모니터링 및 조기 경보 – 이 시스템은 각 SSD의 남은 용량을 실시간으로 모니터링하며, 저장 공간이 임계값 아래로 떨어지면 자동으로 사전 경고를 발령합니다.

2단계: 안전하게 분리하기 – 엔지니어는 소프트웨어 인터페이스를 통해 안전하게 마운트 해제 작업을 수행하면, 시스템이 데이터 플러싱과 파일 시스템 마운트 해제를 완료합니다.

3단계: 물리적 교체 – EZ-Slide 서랍식 설계 덕분에 차량이 저속으로 주행 중이거나 잠시 정차했을 때 기존 드라이브 유닛을 빠르게 빼내고 새 유닛을 끼울 수 있으며, 이 모든 과정은 단 몇 초면 완료됩니다.

4단계: 자동 인식 – 새 드라이브가 연결된 것을 감지하면 시스템이 자동으로 장치 초기화 및 파일 시스템 마운팅을 완료하며, 데이터 쓰기 작업이 즉시 재개됩니다.

IV. 지능형 주행 데이터 폐쇄 루프의 적용

PCIe 스위치 하드 드라이브 확장 카드와 SSD 핫스왑 기술을 기반으로, 완벽한 지능형 주행 데이터 폐쇄 루프 시스템을 구축합니다:선내 데이터 수집: 15대의 도로 주행 테스트 차량이 동시에 운행되며, 각 차량에는 PCIe 스위치 확장 카드 1개와 8베이 U.2 하드 드라이브 확장 인클로저 1개가 장착되어 있습니다. 라이다(LiDAR), 카메라 및 밀리미터파 레이더에서 수집된 데이터는 PCIe 5.0 고속 채널을 통해 U.2 NVMe SSD에 실시간으로 기록됩니다.시스템을 중단하지 않고 하드 드라이브 교체하기: 하드 드라이브 용량이 가득 차면, 차량 테스트를 중단하지 않고 핫스왑 기능을 통해 드라이브를 바로 교체할 수 있습니다. 기존 솔루션과 비교했을 때, 도로 주행 테스트 효율이 30% 이상 향상됩니다.클라우드 데이터 분석: 교체된 하드 드라이브는 로컬 서버(24개의 U.2 베이에 장착)에 삽입된 후 10G 네트워크를 통해 클라우드로 전송되며, 클라우드에서는 데이터 정제, 장면 주석 달기 및 모델 훈련을 위한 전용 알고리즘이 실행됩니다.

V. 솔루션의 장점 요약

· 고성능 변속기: 이 PCIe 스위치 확장 카드는 다중 채널 센서의 동시 쓰기 요구 사항을 충족하기 위해 총 64GB의 대역폭을 제공합니다.

· 유연한 확장: U.2 확장 카드는 대용량 엔터프라이즈급 SSD를 지원하며, 단일 시스템의 최대 저장 용량은 128TB에 달합니다.

· 핫스왑 지원: 하드 드라이브 핫스왑 설계 덕분에 차량을 정지시키지 않고도 드라이브를 교체할 수 있어 테스트의 연속성을 보장합니다.

· 산업용 등급의 신뢰성: 전금속 구조와 방진 설계로 혹독한 기내 환경에도 견딜 수 있습니다.

· 간편한 유지보수: EZ-Slide 서랍 설계 덕분에 한 사람만으로도 하드 드라이브 교체 작업을 완료할 수 있습니다.

VI. 결론

자율주행 산업의 경쟁은 데이터를 중심으로 한 새로운 국면으로 접어들었습니다. PCIe 스위치 하드 드라이브 확장 카드는 U.2 확장 카드 및 SSD 핫스왑 기술과 결합되어, 지능형 주행 데이터 저장을 위한 효율적이고 안정적이며 확장성 있는 솔루션을 제공합니다. PCIe 5.0 기술의 대중화와 NVMe SSD 가격의 지속적인 하락에 힘입어, 이 솔루션은 더 많은 자율주행 프로젝트에 널리 적용되어 기업들이 강력한 데이터 폐쇄 루프 역량을 구축하는 데 기여할 것입니다.