最新のゾーナルアーキテクチャは自動車の電気構造を確実に簡素化することで間接的に自動車の重量と複雑さを 軽減しながら、信頼性、安全性、セキュリティを向上します。この新しい手法が導入されたことにより、ハード ウェアベースのI/O仮想化されたソフトウェアベースの仮想マシンがリソースを管理し、確実に分離するために必要です。

現代の自動車は電子制御され、ソフトウェアで定義された機能への依存度が高まっているため、電気制御ユニッ トを割り当てる典型的なドメインベースの電気アーキテクチャはゾーナルアプローチへ置き換えられつつありま す。パワートレイン、シャーシ、インフォテインメントなどドメイン単位でグループ分けするドメインアプロー チは、車両に搭載されるECU数の急増をもたらし、配線がさらに複雑になりました。車内の位置によってECUが 区別されるゾーナルアプローチには集中型通信ゲートウェイと複数のECUからのワークロードを処理できるだけ のコンピュートモジュールが含まれています。これはECUの数を減らし、配線を簡素化することによる省スペー ス化で自動車の重量を減らすことができる可能性があります。

また、自動車が高度な機能やコネクティビティの導入で複雑化していますが、ゾーンベースのアーキテクチャは ゾーンの追加や修正で簡単に拡張できます。さらに、関連機能やコンポーネントのグループ化によるシステム統 合の簡素化によって開発中の複雑さを軽減でき、関連する機能やコンポーネントをグループ化することで、シス テム統合を容易にし、機能を区画化することで障害分離を改善し、安全性やセキュリティを向上できる可能性が あるなどの利点があります。

ゾーンベースのアーキテクチャに移行して節電と改善を図る一方で、ドメインベースのアーキテクチャなど、先 行するアプローチに存在したいくつかの特性を維持することが重要です。セーフティクリティカルシステム （ABS、エアバッグなど）のようなクリティカル機能は、そのドメイン内で分離されることで恩恵を受け、他の 非クリティカルな機能からの干渉リスクを低減することで安全性を高めることができます。

また、ドメインベースのアーキテクチャでは、各ドメイン（パワートレイン、インフォテインメントなど）に特 化した開発チームを編成できることも注目に値します。これらのチームは、特定の機能の最適化に集中すること ができ、それぞれのドメイン内でより高い性能と効率を実現できる可能性があります。

ゾーンゲートウェイと中央コンピュータクラスタは、機能改善や新機能追加のためにソフトウェアで簡単にアッ プデートできるため、ゾーンアーキテクチャの採用はソフトウェア定義型車両への傾向に拍車がかかることが予 想されます。さらに、ゾーンゲートウェイは強力なエッジコンピューティングの統合を容易にし、車両が迅速な 対応を必要とする重要なイベントに対応できるようになります。

ゾーンベースのアーキテクチャにおいて、仮想マシン（VM）は分離、リソース制御、柔軟性、セキュリティを 提供することで重要な役割を果たすことができます。仮想マシンは、複数の機能ゾーンを持つ複雑なシステムを 設計管理できる有益なツールです。

分離は、各機能ゾーンを別々のVM上で実行することで実現され、これにより、障害やセキュリティ侵害が発生 したゾーンが他のゾーンに影響を及ぼす可能性が低くなり、システム全体の信頼性とセキュリティが向上します。 さらにVMでは、CPUサイクル、RAM、ストレージなどのコンピューティングリソースを各ゾーンに正確に割り 当てることができますので、重要なゾーンは必要なリソースを受け取ることができ、パフォーマンスの問題につ ながる衝突は回避されます。

また、VMを使用することで、他のゾーンのソフトウェアスタックを分離することができ、各VMは独自のオペレ ーティングシステムとソフトウェア依存関係を持つことで、ゾーン間の互換性の問題や衝突を減らすことができ ます。

さらに、セキュリティポリシーとアクセス制御を設定することで、各ゾーン内できめ細かなセキュリティ管理を 可能にし、機密データや機能のセキュリティを強化することができます。

開発中、エンジニアは個別の VM 内で個別のゾーンに取り組むことができるため、テストやデバッグを個別に行 うことができ、あるゾーンの変更が他のゾーンに影響するリスクを最小限に抑えることができます。一方、VM は、特定のゾーン内で変化する要件に対応するために、簡単に複製または拡張することができます。

自動車の電気構造では、機能やコンポーネントがソフトウェアスタックを分離しているさまざまな仮想マシン （VM）上で実行されます。これらのVMは、パワートレイン制御、インフォテインメント、先進運転支援システ ム（ADAS）などの特定のタスクに使用される。このような場合、I/O仮想化は、VMがセンサー、アクチュエー ター、ストレージなどの物理的I/Oデバイスと効率的かつ安全にやり取りできるようにする効果的な手法です。

仮想化の実装において、SR-IOV（シングルルートIO仮想化）はいくつかの利点をもたらします。仮想機能と物 理デバイスの間で強力に分離することで衝突を防ぎ、各VMが衝突することなく必要なハードウェアにアクセス できるようにすることで、システムの信頼性とセキュリティが強化されます。また、仮想化されたI/Oデバイス を設定監視するための標準化されたフレームワークを提供することで、SR-IOVはI/Oリソースの管理を簡素化す ることができます。

図2：SR-IOVアーキテクチャは、仮想マシン（VM）がPCIeポートのNVMe SSDで直接データ転 送を行うことを可能にし、データ転送プロセスを最適化してレイテンシを削減します。

SR-IOVの主な利点は、図2の通り、データがハイパーバイザー層をバイパスし、仮想マシン（VM）とPCIeポー トNVMe SSD間の直接データ転送を可能にすることです。このダイレクトパスは、PCIeとホスト間のデータ割り 当てをなくすことでレイテンシを大幅に削減し、ハイパーバイザーをホストするCPUコンピューティングの負荷 も軽減します。

さらに、複数のVMやパーティションが1つの物理I/Oデバイスを共有できるため、リソースの効率的な利用が可 能になり、必要な専用ハードウェアコンポーネントの数を減らすことができるため、スペースに制約のある車載 環境では特に効果があります。

センサーやアクチュエーターからのデータをリアルタイムで処理する必要があるアプリケーションでは、I/O仮 想化によって支援されるVMがハードウェアインターフェースに直接かつ効率的にアクセスできるため、待ち時 間やオーバーヘッドを削減できます。安全性向上のため、先進運転支援システム（ADAS）や自律走行に依存す る自動車が増える中、重要なイベントへのタイムリーな対応を確保するためには、仮想化が効果的です。

I/O仮想化は、障害隔離とリカバリーにも貢献します。VMに障害が発生した場合、機能レベルリセット（FLR） コマンドにより、他のVMや仮想機能に影響を与えることなく、VMをリセットしてSSDに再接続することができ ます。これは車載システムのシステム信頼性を高め、セーフティクリティカルなアプリケーションにとって極め て重要です。

最後に、I/O仮想化とともにVMを使用することで、セキュリティを強化し、拡張性を高めることができます。各 VMは、その機能に合わせたアクセス制御やポリシーを含む特定のセキュリティ対策で構成し、I/Oリソースへの 不正アクセスを防ぐことができます。拡張性は、基盤となるハードウェアに大きな変更を加えることなく、VM やパーティションを追加できることで確保されます。

業界が効率性の向上と部品コストの削減を求め、自動車用ゾーンアーキテクチャに移行する中、VMとI/O仮想化 を組み合わせることで、効率的でスケーラブルかつ信頼性の高いシステムが実現します。VMは機能を区分けす るのに役立ち、I/O仮想化はVMが物理的なI/Oデバイスと相互作用することを可能にし、分離、リアルタイムの パフォーマンス、およびセキュリティを保証します。

自動車市場の進化するニーズに対するSR-IOVアーキテクチャの利点は以下の通りです。

効率向上と低レイテンシ：

SR-IOV SR-IOVはネイティブに近い応答時間を保証し、高効率で安定したシステムを実現します。ミリ秒単位のレイテ ンシが問題となる車載アプリケーションでは、これは極めて重要です。さらに、CPU使用率の削減により、デー タはハイパーバイザーをバイパスして直接アプリケーションに送られます。これにより、より多くのCPUリソー スを他のタスクに使用できるようになり、システムの効率を改善します。

拡張性：

SR-IOVはマルチネームスペースをサポートすることで、複数のアプリケーションや仮想マシン間でI/Oリソース を効率的に共有することができます。これは、ナビゲーション、インフォテインメント、運転支援システムなど、 複数のサービスを同時に操作する必要がある自動車産業では非常に重要です。

SR-IOV はシームレスな通信を保証し、異なるバーチャル機能（VF）間での情報共有を可能にすることで、様々な自動車システムの協調能力を強化します。

信頼性：

分離が確保されています。機能レベルリセット（FLR）インターフェースは、個々のSR-IOV機能をリセットする ことができますので、あるVMに障害が発生した場合、他のVMやVFに影響を与えることなく、FLRを使用してそ のVMをリセットし、SSDに再接続することができます。

車載利用の場合、これにより重要なシステムが重要でないシステムから隔離され、システム全体の故障リスクを 低減し、ハードウェア上で実行される各アプリケーションの信頼性とセキュリティが強化されます。

未来への対応：

自動車システムが進化し続ける中、SR-IOVは新技術をシームレスに統合するために調整された堅牢なアーキテ クチャを提供します。仮想マシン（VM）に対応するため仮想機能（VF）を直接割り当てる機能により、レイテ ンシを大幅に削減します。このようにSR-IOVは、自律走行車におけるリアルタイムデータ処理の重要な要件を 満たす低レイテンシと高スループットを保証します。

コスト効率向上：

SR-IOVは、CPUの使用量を削減し、I/Oの効率的な使用を支援することで、リソースの最適化を促進することで、 自動車メーカーの総所有コスト（TCO）を大幅に削減することができます

CPUの使用率が低いということは、電力消費が少ないということでもあり、バッテリー駆動の電気自動車にとっては重要な要素です。

管理の簡素化：

SR-IOVは、従来のI/O仮想化手法と比較して複雑な設定や管理を必要としないため、導入、メンテナンスが容易 です。

性能の向上やCPU使用量の削減から、拡張性の向上や将来性まで、SR-IOVは次世代車載システムに最適なアーキ テクチャであることを如実に表しています。

Silicon MotionはフラッシュメモリサミットでSM2264XT-ATのご紹介と宣伝を行いました。SR-IOV 搭載 SM2264XT-AT SSDコントローラーは一線を画したSSD 性能、シームレスなVM管理、スピード向上、CPUの読み 込み時間削減を存分にアピールしました。

2台のコンピュータを並べてSR-IOVと非SR-IOV設定を比較すると、SR-IOVの優れた点が明らかに

このデモではSR-IOVがより信頼性が高く、堅牢ですぐ導入可能なソリューションであり、多大なメリットをも たらすことを強調しました。性能強化とCPU消費削減からスケーラビリティ向上、将来性までSR-IOVが次世代の 自動車システムにとって欠かすことができないアーキテクチャであることを示しています。

自動車システムにおけるデータ伝送とコンピューティングニーズの急増は、車両アーキテクチャの変革を促して います。自動車の電子制御とソフトウェアへの依存度が高まるにつれてコントローラの需要が増加し、複雑な配 線の管理が課題になっています。新しいゾーナルアプローチは、機能数が増加し続ける車両アーキテクチャを簡 素化することができます。自動車メーカーとTier 1サプライヤーはPCIeインターフェースに対応するSoCの採用 を増やしており、将来のシステム要件は既存のPCIe NVMe SSDとも密接に一致しています。この傾向は、自動 車業界におけるPCIe SSDの実装が今後数年でより広まることを示しています。

自動車システムにおけるデータ伝送とコンピューティングニーズの急増は、車両アーキテクチャの変革を促して います。自動車の電子制御とソフトウェアへの依存度が高まるにつれてコントローラの需要が増加し、複雑な配 線の管理が課題になっています。新しいゾーナルアプローチは、機能数が増加し続ける車両アーキテクチャを簡 素化することができます。自動車メーカーとTier 1サプライヤーはPCIeインターフェースに対応するSoCの採用 を増やしており、将来のシステム要件は既存のPCIe NVMe SSDとも密接に一致しています。この傾向は、自動 車業界におけるPCIe SSDの実装が今後数年でより広まることを示しています。