產(chǎn)研：艱難的替代——車載以太網(wǎng)SerDes芯片(二)

SerDes芯片在現(xiàn)代車輛中扮演著至關(guān)重要的角色，特別是在高帶寬和低成本的數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展及攝像頭和顯示屏分辨率的提高，對SerDes芯片的需求也隨之增長。

車載SerDes：高速視頻信號傳輸?shù)淖顑?yōu)解決方案

SerDes（串行器/解串器）技術(shù)是當(dāng)前高速數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，它采用時分多路復(fù)用(TDM)和點(diǎn)對點(diǎn)(P2P)的方式，有效地解決了高速數(shù)據(jù)傳輸過程中的帶寬限制、信號完整性保持以及通信成本控制等問題。在傳統(tǒng)的并行傳輸技術(shù)中，隨著傳輸速度的提升，信號在傳輸線上的互相干擾和路徑延時差異問題變得尤為嚴(yán)重，這限制了數(shù)據(jù)傳輸速率的進(jìn)一步提高。而SerDes技術(shù)通過將并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，大大減少了傳輸線的數(shù)量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，同時也提高了傳輸速度和可靠性。

SerDes結(jié)構(gòu)圖，來源：摩爾學(xué)堂

SerDes的核心組成部分包括串行器(SERializer)和解串器(DESerializer)。串行器負(fù)責(zé)將接收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，再通過單一的高速傳輸線路發(fā)送出去；解串器則將接收到的串行數(shù)據(jù)還原為原始的并行數(shù)據(jù)格式。這種轉(zhuǎn)換使得數(shù)據(jù)傳輸更為高效，尤其適用于高速且長距離的數(shù)據(jù)通信場景。在實(shí)際應(yīng)用中，SerDes通常以集成電路的形式存在，被廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)、SATA、PCIe等通信協(xié)議和接口芯片中。

在網(wǎng)絡(luò)和連接器技術(shù)方面，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的升級和高速連接器的發(fā)展，SerDes技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。高速以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提升了車載網(wǎng)絡(luò)的帶寬，使得高清視頻傳輸和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理變得可能。SerDes芯片在這一進(jìn)程中扮演著至關(guān)重要的角色，它不僅能夠支持高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，還能夠通過優(yōu)化設(shè)計減少傳輸過程中的能耗和延遲。

車載SerDes解決方案，來源：ROHM

在汽車行業(yè)，隨著智能汽車的發(fā)展，車載信息娛樂系統(tǒng)（Infotainment）和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）變得越來越普及，這些系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和穩(wěn)定性有著極高的要求。SerDes技術(shù)能夠滿足這些高要求，支持從車載攝像頭到顯示屏的高速視頻信號傳輸，確保圖像和視頻數(shù)據(jù)的清晰度和實(shí)時性，為駕駛者和乘客提供安全和舒適的駕駛體驗(yàn)。例如，在自動駕駛系統(tǒng)中，需要將大量來自各個傳感器（如攝像頭、雷達(dá)等）的數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?，這些數(shù)據(jù)的傳輸不僅要求高速而且要求低延遲。使用SerDes技術(shù)，可以將這些數(shù)據(jù)高效地通過極少數(shù)的物理連接傳輸，極大地減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性和提高了數(shù)據(jù)處理的實(shí)時性。

SerDes芯片市場前景，中國市場將占4成

隨著ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）技術(shù)的逐步升級和滲透，以及汽車制造商對硬件冗余性的重視，車輛對高性能SerDes芯片的需求將持續(xù)增加。SerDes芯片的應(yīng)用不僅限于高速無損和無延遲的圖像傳輸，還包括域控制器到顯示屏幕的視頻信號傳輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域。隨著汽車信息顯示模式和人機(jī)交互模式的創(chuàng)新，以及對車載信息娛樂系統(tǒng)需求的增加，座艙屏幕數(shù)量和分辨率的快速增長也為SerDes芯片提供了新的應(yīng)用場景。這不僅增加了對SerDes芯片的需求，同時也推動了芯片速率的提升。新車型如蔚來ET7、極氪001等的發(fā)布，展示了搭載高數(shù)量攝像頭的趨勢。這些高像素攝像頭，以及車載SoC（系統(tǒng)級芯片）算力的提升，共同推動了SerDes芯片速率和價值的同步增長。

從價值量來看，預(yù)計到2025年，平均每輛車的以太網(wǎng)+SerDes芯片的價值量約為1250元，這反映了在汽車制造中，這些芯片組合的經(jīng)濟(jì)價值。元器件分銷商Mouser的統(tǒng)計顯示，國內(nèi)車載以太網(wǎng)交換芯片市場規(guī)模有望達(dá)到137億元，預(yù)示著SerDes芯片及相關(guān)技術(shù)在未來幾年內(nèi)將面臨巨大的市場機(jī)遇。

以太網(wǎng)+SERDES芯片單車價值量測算（美元），來源：德州儀器（Ti）、恩智浦（NXP）官網(wǎng)

根據(jù)蓋世汽車的預(yù)測，到2025年，平均每輛汽車預(yù)計將搭載約10顆攝像頭，這意味著每輛車大約需要20個SerDes芯片。展望未來十年，全球車載SerDes芯片市場預(yù)計將迎來快速增長，市場規(guī)模有望達(dá)到數(shù)十億美元，其中中國市場的份額可能占到四成。

2020年全球中國大陸SerDes芯片市場格局，來源：CINNO Research

2020年中國大陸SerDes芯片市場格局，來源：CINNO Research

在供應(yīng)鏈方面，SerDes芯片市場的集中度較高，以德州儀器（TI）和美信半導(dǎo)體（被ADI收購）為代表的幾家公司幾乎壟斷了全球車載顯示和攝像頭SerDes市場。

ROHM汽車SerDes解決方案，來源：ROHM

ADI汽車SerDes解決方案，來源：ADI

這些頭部企業(yè)通過并購等方式不斷拓展產(chǎn)品類別，加強(qiáng)在下游領(lǐng)域的影響力。此外，中國市場在全球SerDes芯片領(lǐng)域的地位日益重要，本土企業(yè)如譜瑞、硅谷數(shù)模等在細(xì)分市場中的發(fā)展有望推動國產(chǎn)芯片替代進(jìn)程，減少對外國技術(shù)的依賴。

全球車載SerDes市場規(guī)模前景（單位：億美元），來源：蓋世汽車研究院

展望未來，全球車載SerDes市場規(guī)模有望從2020年的1.94億美元增長至2026年的3.49億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到10.3%。這一增長不僅由技術(shù)推動，也受市場需求的影響，尤其是隨著L4級別自動駕駛車輛的推出，預(yù)計將搭載大量以太網(wǎng)芯片，進(jìn)一步擴(kuò)大市場需求。在這一背景下，中國企業(yè)面臨著巨大的國產(chǎn)替代機(jī)遇，旨在減少對外部供應(yīng)商的依賴，增強(qiáng)國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的自主可控能力。隨著國內(nèi)外市場的不斷發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，車載SerDes芯片領(lǐng)域預(yù)計將迎來更廣闊的發(fā)展前景。

嶄露頭角，國產(chǎn)本土車載SerDes芯片玩家總結(jié)

較工規(guī)芯片而言，車載SerDes芯片要求更加嚴(yán)苛，包括車載的電磁環(huán)境、工作溫度環(huán)境、PPM等，且對于壽命、安全性、可靠性要求更高，高筑的技術(shù)壁壘下本土玩家屈指可數(shù)。不過我國本土車載SerDes供應(yīng)商逐步攻克技術(shù)難關(guān)，近幾年逐漸開始嶄露頭角。

在全球市場上，車載SerDes芯片長期以來主要由國際大廠如德州儀器（TI）、美信半導(dǎo)體（Maxim）等企業(yè)主導(dǎo)。這些企業(yè)憑借強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力和深厚的技術(shù)積累，在市場上形成了較高的技術(shù)和市場壁壘。然而，近年來，隨著中國車載電子市場的迅速發(fā)展和國內(nèi)自主品牌的崛起，本土車載SerDes供應(yīng)商開始逐漸展現(xiàn)出競爭力，不斷推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級，以期打破國際企業(yè)的市場壟斷。

以下為與非研究院整理的一些國產(chǎn)本土車載SerDes供應(yīng)商：

慷智科技

作為國內(nèi)車載SerDes領(lǐng)域的先行者之一，慷智科技自成立以來便專注于車規(guī)級高速模擬混合信號SerDes芯片的研發(fā)與生產(chǎn)。其產(chǎn)品通過自主研發(fā)的車載實(shí)時視頻傳輸協(xié)議AHDL和車載數(shù)字音頻傳輸協(xié)議AADL，不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破，還擁有完整的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。第一代車規(guī)級芯片已成功量產(chǎn)并被多家國內(nèi)外汽車廠商采用，第二代產(chǎn)品則在速率上實(shí)現(xiàn)了顯著提升，最高可達(dá)6Gbps。

瑞發(fā)科

瑞發(fā)科在2023年推出的新一代車載SerDes芯片，憑借單通道正向傳輸速率從2Gbps到最高12.8Gbps的卓越性能，以及支持高達(dá)1500萬像素攝像頭和4K @ 60Hz分辨率顯示屏的能力，預(yù)示著其產(chǎn)品在高清視頻傳輸領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。該系列產(chǎn)品計劃于年內(nèi)在多家頭部主機(jī)廠的主流車型上量產(chǎn)，展現(xiàn)了中國企業(yè)在高端車載SerDes技術(shù)領(lǐng)域的強(qiáng)勁競爭力。

龍迅股份

龍迅股份憑借在高速混合信號芯片研發(fā)和銷售方面的深厚積累，開發(fā)出了一系列具有國際競爭力的產(chǎn)品。公司的高清視頻橋接及處理芯片和高速信號傳輸芯片，在安防監(jiān)控、視頻會議、車載顯示等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。特別是公司的車載SerDes項(xiàng)目，展現(xiàn)了龍迅股份在追求高品質(zhì)車載電子產(chǎn)品方面的堅定決心和卓越能力。

龍訊股份車載攝像頭SerDes芯片方案架構(gòu)，來源：卓訊偉宏

昆高新芯

昆高新芯是國內(nèi)先行者之一，成功實(shí)現(xiàn)了TSN交換芯片的流片，且其TSN芯片即將量產(chǎn)。公司參與了多個國家級科研項(xiàng)目，并利用最近一輪融資加速研發(fā)高速萬兆車載T1 PHY、車載TSN交換機(jī)及高速車載視頻傳輸技術(shù)，旨在拓展其工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品線，包括高速萬兆PHY和管理型交換機(jī)。

景芯豪通

景芯豪通半導(dǎo)體，由JLSemi控股和韋爾股份合資成立，即將推出車規(guī)級車載視頻傳輸芯片系列，覆蓋2/4/6Gbps不同數(shù)據(jù)率需求，具有行業(yè)最低信號延時和最長30米傳輸距離。采用與ASA兼容的開放SerDes協(xié)議，促進(jìn)全球互聯(lián)互通。隨著萬兆車載PHY和TSN交換機(jī)芯片推出，JLSemi將成為擁有全棧高速車載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的行業(yè)領(lǐng)先公司，推動汽車智能化和E/E架構(gòu)變革。

飛昂創(chuàng)新

飛昂創(chuàng)新以其超高速DSP、CDR和光電接收及驅(qū)動電路的核心技術(shù)，開發(fā)出了16Gbps的車載SerDes核心物理層IP，采用PAM4編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙向無損數(shù)據(jù)通訊的能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，飛昂的解決方案在速率和分辨率上均有所提升，為高清視頻傳輸和多顯示屏菊花鏈提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

裕太微

作為一家專注于高速有線通信芯片研發(fā)的企業(yè)，裕太微電子在以太網(wǎng)物理層芯片領(lǐng)域取得了顯著成就。公司的產(chǎn)品線涵蓋工規(guī)級、商規(guī)級及車規(guī)級等不同性能等級的以太網(wǎng)物理層芯片，滿足了從信息通訊到汽車電子等多個領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

部分國產(chǎn)SerDes芯片供應(yīng)商介紹，來源：與非研究院整理

如何應(yīng)對車載SerDes挑戰(zhàn)？

車載SerDes目前面臨的最主要的挑戰(zhàn)是，幾乎所有的解決方案都是專用的，想要實(shí)現(xiàn)組件之間的搭配使用，必須采用統(tǒng)一的芯片供應(yīng)商的方案。

主流車載SerDes芯片解決方案，來源：蓋世汽車研究院

為打破專用限制，寶馬集團(tuán)聯(lián)合大陸集團(tuán)、恩智浦等汽車、半導(dǎo)體領(lǐng)域巨頭在 2019 年成立了 ASA 聯(lián)盟，旨在制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但頭部企業(yè)德州儀器、美信半導(dǎo)體未參與其中。此外，由多家半導(dǎo)體企業(yè)于 2018 年成立的MIPI聯(lián)盟專注于提供有關(guān)要求的輸入和協(xié)調(diào)，以確保 MIPI 滿足汽車行業(yè)的需求。

值得一提的是，MIPI A-PHY作為一種先進(jìn)的SerDes物理層接口規(guī)范，其目標(biāo)是通過標(biāo)準(zhǔn)化接口，降低成本并提高效率，尤其在車內(nèi)SerDes鏈路的應(yīng)用中顯示出巨大潛力。A-PHY規(guī)范作為MIPI協(xié)議的擴(kuò)展，專門針對長距離傳輸進(jìn)行了優(yōu)化，極大地豐富了現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)的集成方案。通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，基于A-PHY的解決方案可以顯著降低汽車制造成本，其中總系統(tǒng)成本可降低15%，線束成本和連接器成本分別可以減少59%和74%，這一數(shù)據(jù)足以說明A-PHY在成本控制方面的巨大優(yōu)勢。

隨著A-PHY生態(tài)系統(tǒng)的日益完善，越來越多的客戶開始評估并采用基于該規(guī)范的芯片方案，這標(biāo)志著A-PHY在車載SerDes解決方案市場中的地位逐步穩(wěn)固。MIPI聯(lián)盟不僅發(fā)布了A-PHY規(guī)范，還提出了MIPI車載SerDes解決方案（MASS）。A-PHY使得車載傳輸架構(gòu)更為簡潔，同時具備了目前最高的EMC性能。這種全球統(tǒng)一的開放標(biāo)準(zhǔn)，不僅打破了市場上主要供應(yīng)商（如德州儀器和美信半導(dǎo)體）的壟斷，還為整車廠商提供了更多選擇，從而降低了供應(yīng)鏈風(fēng)險。

隨著中國車載SerDes芯片企業(yè)的崛起，通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化，不僅打破了外企在市場上的壟斷，還為中國汽車電子產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，展示了中國企業(yè)在全球汽車電子市場中的競爭力。在新型高速連接技術(shù)的發(fā)展方面，華為力推的星閃技術(shù)應(yīng)用也為智能汽車的發(fā)展帶來了新的動力。這些技術(shù)不僅提高了車內(nèi)信息傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性，還為自動駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了重要支持。