高通第一代自動駕駛系統即Ride3.0首次在汽車行業使用了PCIe交換機，即Microchip的PM43028B1-F3EI，售價大約100美元，比SA8155P的價格還高，幾乎是以太網交換機價格的4-5倍。

未來的汽車電子架構中會用到多個處理器或者說SoC，最典型的就是蔚來的4個Orin級聯；或者會用到AI加速器，如高通的Ride3.0；還有可能用到5G網絡云計算，如高級的V2X，還有即將與UFS展開競爭的車載SSD。大模型時代，車載大模型可能會逼近TB級，UFS已經無法負擔，必須使用基于PCIe的SSD存儲，這一切都需要PCIe交換機。

上圖是德州儀器對未來Zonal汽車電子架構的設想，在中央存儲SSD與中央ECU之間，必須用PCIe連接，也就必須用到PCIe交換機。

上圖是Microchip對HPC和Zonal時代的分析。

理論上，以太網交換機也可以用來連接多個SoC，英偉達最早的雙Xavier就是如此。不過，英偉達同樣雙Xavier的高端版本Pegasus就采用PCIe交換機，以太網的帶寬遠低于PCIe，新設計應該不會再有人把以太網用于芯片間的連接。

PCIe標準在不斷升級，基本保持每三年提升一倍的標準。目前，以太網交換機帶寬最高的是博通的BCM8958X，最高為55Gbps，也就是6.875GB/s，但芯片與芯片間帶寬要求不低于50GB/s，而PCIe目前可以做到128GB/s，主流PCIe是64GB/s。

PCIe是一種高速點對點的互聯方式，可以通過增加通道數來擴展帶寬，不像以太網那樣是固定的。PCIe是基于地址的路由，以太網是基于消息的路由，PCIe的安全性及可靠性要更高；PCIe是閉環的拓撲，以太網是開環的，PCIe類似于通訊方式，而以太網的本質是總線。

PCIe采用ACK/NAK鏈路層機制，ACK就是acknowledge，ACK DLLP表示TLP接收完成，NAK就是Negativeacknowledge，意思就是拒絕接收這個TLP。ACK/NAK是一種由硬件實現的，完全自動的機制，旨在保證TLP有效可靠地傳輸。ACK DLLP用于確認TLP被成功接收，NAK DLLP則用于表明TLP傳輸中遇到了錯誤。

發送方會對每一個TLP在Replay Buffer中做備份，直到其接收到來自接收方的ACK DLLP，確認該DLP已經成功地被接受，才會刪除這個備份。如果接收方發現TLP存在錯誤，則會向發送方發送NAK DLLP，然后發送方會從ReplayBuffer中取出數據，重新發送該TLP。車載以太網TSN里有類似的協議棧，但那個實現起來遠比PCIe系統要麻煩。

PCIe的另一個特色是NTB（非透明橋），非透明橋允許一個SoC系統直接訪問另一個SoC系統的內存和外設，通常這需要交換機系統中轉，NTB交換機允許直接訪問，特別適合兩個不同芯片或chiplet間的互聯。有時候某個SoC系統內存不足，可以直接調用另一個SoC系統的內存，多個芯片就好像一個芯片在運作。

NTB由兩個PCIe設備組成，每個設備的配置方式都是Type 0，并通過橋接連接。這兩個Type 0 PCIe設備被稱為兩個非透明（NT）端點（也稱為NT功能）。

NTB功能特別適合做自動駕駛的冗余系統，正常情況下，Host1訪問、管理下面的設備EP。Host2不參與，處于Standby狀態。當Host1出現異常時，Host2接管系統，Host2重新配置Switch，把原來的NT口配置成Upstream Port，并且重新分配、枚舉PCIe設備資源。然后，Host2接管下面EP設備的訪問、管理。

PCIe事務傳輸支持單播、組播和廣播三種方式，其中以單播和廣播應用最多。

單播是點對點的傳輸，只有一個請求者和一個完成者，同一時刻主機只能與眾多子設備中的一個設備進行通信；

廣播是點到面的傳輸，有一個請求者和多個完成者，請求者下游全局地址范圍內的所有PCIe組件作為完成者，常見于消息事務的傳播，比如RC廣播消息，從RC發送消息給其所有下游組件；

組播是介于單播和廣播之間的傳輸方式，有一個請求者和多個完成者，請求者下游指定地址范圍內的多個PCIe組件都可以作為完成者，同一時刻允許主機向多個設備或單個設備向多個主機發送數據，用于PCIe存儲器寫事務或地址路由的事務。相較于單播，組播能夠把數據發給一組設備，避免了發送重復的數據流，能夠提升系統傳輸性能；相較于廣播，組播具有更好的指向性和安全性。

典型PCIe交換機應用

NVMe SSD最早用于蘋果手機和筆記本電腦，速度要比傳統PC的SATA接口要快不少，而目前車載主要還是UFS或eMMC。UFS設計初衷主要是考慮到功耗和速度，汽車領域對功耗敏感程度要低于手機。 隨著模型越來越大，對帶寬要求越來越高，未來車載存儲應該是NVMe SSD。NVMe從頭開始設計，充分利用PCI Express SSD的低延遲和并行性，并補充了當代CPU、平臺和應用程序的并行性，也有更大的命令隊列深度以及更有效的中斷處理，非常適合AI時代的車載存儲。NVMe SSD容量基本上是TB起步。

NVMe支持長隊列，可以大幅緩解并行計算時存儲瓶頸問題。

典型的高級ADAS系統

典型4G/5G系統的PCIe應用

目前，車規級PCIe交換機廠商主要有兩家，一家是Microchip，基本壟斷市場，偏向中高端產品，另一家是瑞薩收購的PERICOM，偏向低端市場，不支持NTB。博通和Marvell也有能力推出車規級PCIe交換機，但目前還沒有相關產品。