最新的 Zonal 架構簡化車用電子設備，可望降低負載及複雜度，同時提升可靠性、安全性及資訊安全。隨著新方法的採用，亟需結合軟硬體的虛擬化技術來管理資源並確保隔離層級。

隨著汽車對電子控制及軟體定義功能的依賴日益增加，傳統以 Domain 架構為基礎，為每一種功能都配置專門控 制單元的方式，正逐漸被 Zonal 架構取代。Domain 架構按 Domain 分組，像是車內動力系統、底盤、資訊娛樂 等，以至於車輛上的車載 ECU 增加許多，這也增加了佈線的複雜度。Zonal 架構將 ECU 根據其在車內的位置進行規劃，由中央處理器統一處理各個區域控制器 (ZCU) 回傳的資料，其尺寸大小足以處理來自車內數個 ECU 運算的工作負載。這可減少 ECU 數量與簡化佈線，進而節省空間並減輕車輛重量。

此外，隨著自駕車的技術發展，汽車變得越來越複雜且功能不斷推陳出新，Zonal 架構的採用能透過新增或修改區域更輕鬆地達到擴充。進一步的好處包括透過歸類相關功能與元件，輕鬆達到系統整合，在開發期間就能降低複雜性，以及透過將功能劃分為不同區域來作故障隔離並且提高資訊安全。

在過渡到分區架構的同時，保留既有的 Domain 架構內的屬性也很重要，如安全系統（ABS、安全氣囊）等關鍵功能，可將這些功能隔離在各自 Domain 中獨立管理，且透過降低來自其他非關鍵功能的干擾風險來強化安全性。

值得注意的是，在 Domain 架構中每個 Domain 控制器都有其專業的開發團隊（例如：動力系統、資訊娛樂）。這些團隊可專注於將各自領域的特定功能最佳化，提供更高的性能與效率。

Zonal 架構的採用預計能加速軟體定義車輛的趨勢，因為分區閘道及中央運算系統可輕鬆地透過軟體更新來更新功能或增加新功能。此外，分區閘道有助於整合強大的邊緣運算，確保車輛能及時處理需要快速反應的事件。

虛擬機器 (VM) 因可提供隔離、資源控制、靈活性與資訊安全，在 Zonal 架構中扮演舉足輕重的角色，且可被用於設計管理多功能區域的複雜系統。

在單獨的虛擬機器上執行每個功能區域便可達到隔離，這樣一來，遇到任何故障或有安全漏洞的區域較不會對其他區域造成影響，進而提升系統整體的可靠性與安全性。此外，虛擬機器讓 CPU 資源、記憶體、以及儲存空間精準配置到各個區域，因此一些重要區域能獲得必要資源，同時避免資源爭用所導致的效能問題。

使用虛擬機器可讓不同區域的軟體獨立運作，讓每個虛擬機器都能有自己的作業系統與軟體相容性，這將有助於減少不同區域間的相容性問題及衝突。

此外，還可設定資訊安全政策與存取控制，以在每個區域內進行資訊安全管理，進而強化敏感資料與功能的安全防 護。

在開發期間，工程師可在不同的虛擬機器內進行獨立區域的工作，允許隔離測試與除錯。此方法可將每個區域變動對其他區域的影響減到最低。另一方面，虛擬機器能被輕鬆地複製或擴充，以滿足特定區域內不斷變動的需求。

在車用電子基礎設施中，不同的功能與元件運作於不同的虛擬機器 (VM)，以達到隔離的目的。這些虛擬機器用於 特定任務，如動力系統控制、資訊娛樂，或先進駕駛輔助系統 (ADAS)。在這種情況下，I/O 虛擬化就是個有效的技術，讓虛擬工具能有效率且安全地與實體裝置互動，像是感測器、啟動器與儲存裝置等。

虛擬化可藉由 SR-IOV（Single-Root I/O Virtualization）來達成，SR-IOV 有諸多優勢，其透過隔離虛擬功能以及實體裝置來預防衝突，確保每個虛擬機器都能存取必要的硬體，從而提升系統可靠性與安全性。此外，SR-IOV 提供了標準化框架以設定與監控虛擬化 I/O 裝置，大幅簡化 I/O 資源的管理。

圖 2：SR-IOV 架構使虛擬機器 (VM) 能與 PCle 埠 NVMe SSD 直接進行數據傳輸，簡化資料傳輸過程以降低延遲。

如圖 2 所示，SR-IOV 另一個主要優勢是使資料能在虛擬機器 (VM) 與 PCle 埠的 NVMe SSD 間直接傳輸，而不需經過虛擬機器監控層 (hypervisor)。好處在於不需重新分配 PCle 與主機間的資料傳遞，大幅降低延遲，同時也減輕了 CPU 在虛擬機器監控層的運算負擔。

此外，數個虛擬機器或分割區能共享單一實體 I/O 裝置，確保有效率的資源使用，減少所需的硬體數量。這在空間有限的汽車環境中更是珍貴。

車內應用需要及時處理來自感測器與啟動器所收集的資料，透過 SR-IOV 可直接且有效率地存取硬體介面，減少延遲與額外的資源使用。且越來越多的車輛使用先進駕駛輔助系統 (ADAS) 與自動駕駛，透過 SR-IOV 也能有效且及時處理關鍵的事件，以提高安全性。

I/O 虛擬化也有助於故障隔離及復原。如果一部虛擬機器失效，功能層級重設 (FLR) 指令可以將其重置並重新連接 SSD，而不影響其他虛擬機器和虛擬功能。如此將可提升車用系統的可靠度，對安全而言至關重要。

搭載 I/O 虛擬化的虛擬機器可強化資訊安全並具有可擴充性。每一個虛擬機器都能設定特定的安全措施，包括存取控制以防止未經授權存取 I/O 資源。另外透過增加額外的虛擬機器或分隔區，在不大幅改變基礎硬體的情況下，也可確保可擴充性。

隨著產業轉向運用 zonal 車用架構，結合虛擬機器和 I/O 虛擬化能確保有效率、可擴充且可靠的系統，且對於節省成本也有很大的幫助。虛擬機器有助於區隔功能，而 I/O 虛擬化使虛擬機器能與實體 I/O 裝置互動，確保實際隔離、效能與安全性。

針對車用市場不斷變化的需求，SR-IOV 的優勢如下：

效率與低延遲：

CPU 使用率的降低可使資料繞過虛擬機器監控層，直接抵達應用程式。如此一來，就能有更多的 CPU 資源運用在其他任務上，提高系統效率。這在毫秒延遲都極關鍵的車載應用中，更是至關重要。

可擴充性：

透過多命名空間 (multi-namespace)，SR-IOV 使得在多個應用或虛擬機器間分享 I/O 資源更有效率，可讓不同虛 擬功能 (VF) 間共享資訊，提升各種車用系統的協作功能。這對需要同時運行多種服務，如導航、資訊娛樂和駕駛輔助系統等車用情境而言，十分重要。

可靠性：

確保隔離。功能層級重設 (FLR) 可重新設定個別的 SR-IOV 功能，以確保當虛擬機器失效時可進行重設，並使用 FLR 重新連接 SSD，而不影響其他虛擬機器與虛擬功能。

在車用領域中確保關鍵系統與非關鍵系統是隔離的，降低系統整體故障的風險，並強化在硬體上運行的每個應用之可靠性與安全性。

面向未來不過時：

隨著車用系統持續演化，SR-IOV 提供強大架構，可無縫整合新技術。其可分配虛擬功能 (VF) 直接支援虛擬機器 (VM)，大幅降低了延遲時間。SR-IOV 確保了低延遲及高流通量的處理能力，滿足自動駕駛車輛對即時資料處理的關鍵需求。

成本效益：

SR-IOV 透過降低 CPU 使用並提升 I/O 效率，有助於達到資源使用最佳化，並大幅降低汽車公司的總持有成本 (TCO)。

較低的 CPU 使用也意味著較少的能源損耗，對電池供電的電動車來說，是一個極度關鍵的因素。

簡化管理：

相較於傳統 I/O 虛擬化方式，SR-IOV 的配置與管理並不複雜，能更輕鬆地進行部署及維護。

SR-IOV 架構的首選。能提升效能、降低 CPU 使用量、有更佳的可擴充性與不過時性，因此成為下一世代車用系統必備強大應用

慧榮科技於 Flash Memory Summit 推出並展示搭載 SR-IOV 技術的 SM2264XT-AT 控制晶片，展現無可匹敵的 SSD 效能、無縫 VM 管理、提升速度，並減低 CPU 負載。

(搭載 SR-IOV 及非 SR-IOV 配置比較，突顯 SR-IOV 功能的極大優勢)

此次展示突顯了 SR-IOV 作為一個更可靠穩固的解決方案，可以立即配置導入並獲得即時成效。從效能增益與降低 CPU 使用率，到更優異的擴充性以及與時俱進的不過時性，SR-IOV 為下一世代的車用系統首選架構提供了令人信服的理由。

車用系統內資料傳輸與運算需求的急遽上升，正推動著車用架構的變革性轉變。隨著汽車越來越依賴電子控制與軟體，對控制晶片的需求也隨之增加，這使得複雜又大量的線路管理成為挑戰。此一全新的分區方法在功能數量持續增加的情況下，有助於簡化車輛架構。越來越多汽車製造商與一級供應商採用支援PCle介面的單晶片系統 (SoC)，未來的系統需求也將與現有的 PCle NVMe SSD 更緊密結合。這樣的趨勢說明了在未來幾年內，汽車產業將更廣泛地採用 PCle SSD。

慧榮科技身為全球領先的 NAND 快閃記憶體控制晶片供應商，提供多元且高效能解決方案，滿足對品質、可靠性與安全性最嚴苛的設計需求。我們也致力於和 NAND 快閃製造商、汽車製造商、一級供應商和 SoC 供應商進行深入技術合作，以確保應用 SR-IOV 技術的 PCle Gen4 標準能迎合車聯網產業生態系統之未來需求。