汽車芯片市場集中度最高的領域：SerDes

SerDes即串行與解串行，汽車領域每一顆攝像頭至少需要一片串行器，至少需要0.25片解串行。每一塊顯示屏都需要一片串行和一片解串行芯片。2023年全球市場規(guī)模大約25-30億美元，市場規(guī)模雖不大，但成長強勁，驅動原因自不必說，特別是國內汽車行業(yè)，內卷嚴重，攝像頭數(shù)量和像素都在飛速增加，顯示屏數(shù)量和分辨率也是飛速增加。

400萬像素以上ADAS和360全景攝像頭領域，ADI（主要源自2021年209億美元收購美信的產(chǎn)品線）完全壟斷市場，400萬像素以下的360全景市場，ADI也是完全壟斷，只有ADAS市場，德州儀器有少量份額。顯示屏領域，德州儀器大約占70%的市場，ADI的份額很低。顯示領域還有索尼的GVIF，主要用在日系車上，日系車汽車電子遠遠落后于全球，特別是中國，因此索尼GVIF市場份額極低。還有基本上只有寶馬一個客戶的Inova的APIX3?；旧现挥斜捡Y一個客戶的Valens。

SerDes在汽車領域的應用

圖片來源：ADI

???? SerDes不僅在汽車領域應用廣泛，在機器人、醫(yī)療、視頻采集領域也是廣泛應用，在服務器領域也應用甚廣，服務器領域價值更高，芯片價格高達數(shù)千乃至上萬美元，基本上被博通壟斷。

信號傳輸分為并行與串行兩種，在高速狀態(tài)下，并行口的幾根數(shù)據(jù)線之間存在串擾，而并行口需要信號同時發(fā)送同時接收，任何一根數(shù)據(jù)線的延遲都會引起問題。而串行只有一根數(shù)據(jù)線，不存在信號線之間的串擾，而且串行還可以采用低壓差分信號，可以顯著提高它的抗干擾性，因此可以實現(xiàn)更高的傳輸速率。盡管并行可以一次傳多個數(shù)據(jù)位，但時鐘頻率遠遠低于串行，此外串行的傳輸介質通常是同軸電纜，連接器是FARKA，并行的傳輸介質和連接器成本都高于串行，所以目前串行傳輸是高速傳輸?shù)氖走x。

在傳輸前將數(shù)據(jù)格式整形為串行，在接收后將數(shù)據(jù)格式轉換為并行，這就是SerDes。它有兩個芯片，發(fā)送端叫Serializer，接收端叫Deserializer。SerDes不傳送時鐘信號，這也是SerDes最特別的地方，SerDes在接收端集成了CDR(Clock Data Recovery)電路，利用CDR從數(shù)據(jù)的邊沿信息中抽取時鐘，并找到最優(yōu)的采樣位置。這也是最難的地方，因為它傳輸?shù)氖?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1546930.html">數(shù)字信號，需要的技術卻是模擬技術。

CDR，即時鐘數(shù)據(jù)恢復，對于高速的串行總線來說，一般情況下都是通過數(shù)據(jù)編碼把時鐘信息嵌入到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流里，然后在接收端通過時鐘恢復將時鐘信息提取出來，并用這個恢復出來的時鐘對數(shù)據(jù)進行采樣，因此時鐘恢復電路對于高速串行信號的傳輸和接收至關重要。CDR接口的主要設計挑戰(zhàn)是抖動，即實際數(shù)據(jù)傳送位置相對于所期望位置的偏移?？偠秳?TJ)由確定性抖動和隨機抖動組成。大多數(shù)抖動是確定的，其分量包括碼間干擾、串擾、占空失真和周期抖動(例如來自開關電源的干擾)。而通常隨機抖動是半導體發(fā)熱問題的副產(chǎn)品，且很難預測。傳送參考時鐘、傳送PLL、串化器和高速輸出緩沖器都會對傳送抖動造成影響。一般來說對低頻的抖動容忍度很高，PLL電路能夠很好地跟蹤，恢復出來的時鐘和被測信號一起抖動。高頻比較麻煩，要設置PLL電路過濾掉，如何設置，沒有電腦輔助，全靠經(jīng)驗，沒有10年左右的經(jīng)驗是做不好的。

這也使得界面IC的護城河非常寬闊，可以允許非常小的廠家存在，它可能只有一款產(chǎn)品，但生命力異常頑強。典型的就是基本上只有寶馬一個客戶的Inova，以及基本上只有奔馳一個客戶的Valens。

攝像頭領域，GMSL在高像素領域占據(jù)壟斷地位，GMSL（Gigabit Multi-Media Serial Link）就是ADI的串行解串行技術。

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ADI或者說美信的GMSL技術最早出現(xiàn)在1999年，2004年推出第一款產(chǎn)品，目前第三代GMSL已經(jīng)完成開發(fā)，正在開發(fā)的GMSL3X，可以看作3.5代GMSL。

四代GMSL性能對比

? ?圖片來源：ADI

一代GMSL有兩個版本，以先進版的一代為準。

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?目前市面上主要是GMSL2，而GMSL3最高可支持1500萬像素。基本上GMSL2/3的產(chǎn)品Datasheet都需要簽署NDA，外界很難拿到相關資料。GMSL4似乎是想和傳統(tǒng)的PCIe/USB競爭，跨出車用領域。

GMSL需要支持使用同軸線和雙絞線，低成本雙絞線電纜的高頻衰減是一個很嚴重的問題，高頻衰減造成接收信號出現(xiàn)明顯的碼間干擾(ISI)，進而難以恢復時鐘和數(shù)據(jù)，導致誤碼率(BER)升高。發(fā)送器和接收器采取一定形式的線路均衡，可大幅降低ISI并恢復嚴重劣化的數(shù)據(jù)，確?？煽抗ぷ?。

真正影響信號可靠傳輸?shù)牟皇撬p本身，而是信道的衰減隨頻率變化。高低頻信號的衰減差最終會導致碼間干擾（Inter-Symbol Interference，ISI）。字面理解，碼間干擾就是不同碼元相互干擾，比如說，A時刻傳輸?shù)摹?”信號疊加到了B時刻傳輸?shù)摹?”信號上，使B時刻的信號幅度從0變?yōu)?.2。為什么高低頻信號的衰減差就會導致碼間干擾呢？因為信號高頻分量的損失會使得信號邊沿變緩，從而導致信號展寬。展寬后的信號可能會跨越多個單位時間間隔（1UI），就會出現(xiàn)上文提到的A時刻的信號疊加到B時刻上。信道的衰減越大，信號的展寬就越嚴重，疊加到其他時刻的信號上的比例也會越大。換句話說，SerDes系統(tǒng)需要真正解決并不是信號的衰減，而是高低頻信號的衰減差。解決辦法主要是加重和均衡，這完全靠豐富的經(jīng)驗積累，全球能做到的只有德州儀器和ADI，博通應該也能，但似乎對汽車領域缺乏興趣，服務器的SerDes更有利潤。

GMSL一代是固定均衡，二代是自適應均衡AEQ，三代加入了前饋均衡（Feed Forward Equalizer，F(xiàn)FE）。自適應均衡器使 GMSL2 鏈路能夠抵抗噪聲、串擾和反射。均衡器放大高頻信號，當與電纜的頻率響應相結合時，接收器可以恢復具有更高保真度的寬帶信號。均衡器具有 12 種不同的補償級別，芯片會自動檢測輸入信號的質量，自適應地設置最佳的均衡值，使 SerDes系統(tǒng)能夠處理長達30m的同軸電纜和15m的STP電纜長度。在解串器每次上電時做一次自適應補償，以大約1Hz的速率調用以跟蹤溫度和電壓變化，所以即便線束存在老化、溫漂、線束個體差異等實際差異時，AEQ 都能夠自動選擇出最佳的補償?shù)燃?。另外，技術人員也可以讀取上電以后的AEQ的補償值，如果明顯高于正常值，可以判斷當前傳輸通道可能存在短路、松動、彎曲等異常情況。

預加重是一種在發(fā)送端對輸入信號高頻分量進行補償?shù)男盘柼幚矸绞健ｋS著信號速率的增加，信號在傳輸過程中受損很大，為了在接收終端能得到比較好的信號波形，就需要對受損的信號進行補償，預加重技術的思想就是在傳輸線的始端增強信號的高頻成分，以補償高頻分量在傳輸過程中的過大衰減。

GMSL2鏈路在串行器和解串器中均包含一個回聲消除電路，以實現(xiàn)高速視頻數(shù)據(jù)和雙向控制數(shù)據(jù)的同時傳輸。其實這個技術在車載以太網(wǎng)里面也使用了，原理相同，都是為了實現(xiàn)單一信道的雙向數(shù)據(jù)傳輸。

目前串行器方面，主要是MAX9295和MAX96717。解串器方面，在360環(huán)視領域，MAX96712可以對應4個400萬像素，是目前最主流的產(chǎn)品，4個200萬像素主要是MAX96722/MAX96724/MAX96716F。GMSL3代產(chǎn)品目前主要只有MAX96792/MAX96793，可以對應4個800萬像素，速率高達12Gbps。目前，德州儀器最高的是DS90UB9702，Line速率為7.55Gbps，最大速率10Gbps。

座艙內部從ECU傳輸?shù)斤@示面板領域的SerDes則基本上被德州儀器壟斷，即FPD-LINK，F(xiàn)PD-Link是基于LVDS物理層之上的一種通信標準。它的英文全稱是Flat Panel Display Link，是美國國家半導體公司于1996年提出的。FPD-Link I代芯片組將寬并行的RGB總線串行化為4或5對LVDS信號。目前最新的是第四代即FPD-LINK IV。

面板顯示領域與攝像頭不同，攝像頭基本上都是MIPI CSI-2，目前圖像輸出接口主要有DP/eDP、MIPI DSI、OLDI、HDMI多種形式，DP/eDP是未來發(fā)展方向，可以支持8K顯示屏。面板接口方面主流還是LVDS，少數(shù)高分辨率采用DP。而LVDS是美國國家半導體公司為克服以TTL電平方式傳輸寬帶高碼率數(shù)據(jù)時功耗大，電磁干擾大等缺點而研制的一種數(shù)字視頻信號傳輸方式。2011年德州儀器以65億美元收購了美國國家半導體公司，這也是德州儀器為什么在汽車顯示面板領域SerDes占據(jù)霸主地位的原因。ADI也在面板顯示領域發(fā)力，挑戰(zhàn)德州儀器的霸主地位。ADI的產(chǎn)品線也足夠寬廣。

國內喜歡多屏，用解串行可以輕易做到一機四屏。

圖片來源：ADI

不對稱分割也能做到。

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還可以雙屏同顯示框圖。

圖片來源：ADI

德州儀器在此領域技術最為先進，擁有SuperFrame技術，即DS90Ux941。車內多達5到7屏，使用多個應用處理器 (AP)來驅動多個顯示器或者開發(fā)可驅動多個顯示屏的 AP 會需要很高的成本。借助 DS90Ux941AS-Q1 的功能可實現(xiàn)更經(jīng)濟的IVI系統(tǒng)設計，只需一個AP即可將內容傳送到兩個對稱或非對稱顯示屏。在這些系統(tǒng)中，AP 接收兩個視頻幀并將其合并為一個超級幀，而DS90Ux941AS-Q1可分離超級幀，并將生成的幀轉發(fā)到兼容的FPD-Link III 解串器和所連接的顯示屏。

圖片來源：德州儀器

??? 兩個屏不夠的話，還可以三個屏，即DS90UH983。

圖片來源：德州儀器

一個視頻流是超級幀格式，一個是常規(guī)格式，經(jīng)過DS90UH983可以分離出三個視頻，再加上解串行對應三個屏幕。

座艙SoC到顯示面板領域，SerDes地位非常穩(wěn)固。攝像頭領域SerDes面臨車載以太網(wǎng)的競爭，不過目前車載以太網(wǎng)物理層成本太高，特別是千兆或萬兆，而座艙芯片也較少支持萬兆以太網(wǎng)。高像素領域，車載以太網(wǎng)沒有優(yōu)勢，低分辨率領域優(yōu)勢也不明顯，5-8年內還是SerDes。

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