汽车芯片的下一波革命或将发生在这一通信领域

以太网（Ethernet，IEEE 802.3标准）应用市场广阔，自1973年诞生以来，已经历40多年的发展历程。因其具备技术成熟、高度标准化、带宽高及低成本等诸多优势，成为了应用最普遍的局域网技术，覆盖家庭网络及用户终端，企业及园区网，运营商网络，大型数据中心和服务提供商等应用领域，在全球范围内形成了以太网生态系统，是当今信息世界最重要的基础设施，需要通过以太网通信的终端设备都可以采用以太网物理层芯片（PHY芯片）及相关设备实现通信。

以太网协议采用星形拓扑或线性总线，这是IEEE 802.3标准的基础，在OSI（Open System Interconnection）七层（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层）网络结构中，以太网协议在物理层和数据链路层工作。以太网将数据链路层的功能划分到了两个不同的子层，分别是逻辑链路控制层和介质访问控制（Media Access Control，MAC）层。

本文主要关注物理层，OSI物理层规范规定的是连接传输介质的相关器件标准，主要包括机械特性，电气特性和功能特性。机械特性是指接口所用连接器的尺寸、引线个数、引线排列顺序，以及固定方式和材质等机械性能指标；电气特性是指介质及接口电压、电流指标；功能特性是指物理层器件需要实现的功能，例如，如何处理数据流，使用哪种编码方式，以及规定帧格式等。

根据以太网联盟创建的路线图，将以太网应用分为五大类：工业自动化，车载以太网，企业应用，电信运营商，数据中心。具体来看，包括信息通信（路由器、交换机、无线终端、中继器），智能电子（机顶盒、LED显示屏、网络打印机、智能电视），工业控制（矿业、工业相机等），监控设备（安防摄像头），以及汽车系统中的辅助驾驶、智能网联、摄像头、激光雷达、行车记录仪等。

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PHY芯片是互联的关键

以太网物理层芯片（PHY）工作于OSI网络七层架构的最底层，是有线传输通信芯片，用以实现不同设备之间的连接。具体而言，PHY芯片连接数据链路层的设备到物理媒介，并为设备之间的数据通信提供传输媒介，处理信号的正确发送与接收。

网络接口电路一般由CPU、MAC控制器和物理层接口（PHY）组成，PHY整合了多种模拟电路，MAC是全数字器件。它们通常有以下三种集成结构：1、CPU内部集成了MAC和PHY，这种比较少见；2、CPU内部集成了MAC，PHY是独立芯片，这种比较常见；3、CPU不集成MAC和PHY，MAC和PHY采用独立芯片或者集成芯片。

在IC设计业内，PHY芯片的研发门槛是比较高的，这是因为PHY芯片要将数字信号转换为模拟信号，并把它发送到通信介质上，同时，从接收到的模拟信号中恢复出数字信号，再传输到上层芯片处理。因此，PHY芯片是一个复杂的数模混合系统，芯片中包含高性能SerDes、ADC/DAC、高精度PLL等AFE设计，还包括滤波算法和信号恢复等DSP设计，其中，模拟电路主要负责模拟信号与数字信号之间的转换，，数字电路负责数字信号的处理，实现降噪、干扰抵消、均衡、时钟恢复等功能。因此，这种芯片研发需要深厚的数字、模拟、算法等全方位的技术经验，还需要产品设计团队高效配合，不是一般的工程师能够完成的。

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车载总线技术对比

架构的改变和自动驾驶传感器带来的大量数据处理需求，使得带宽成为下一代汽车网络技术的关键。与传统车载总线网络不同，车载以太网可以提供带宽密集型应用所需的更高数据传输能力，同时，其先天技术优势可以满足汽车对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟、轻量化等方面的要求。目前，博世、采埃孚等都提出了下一代汽车网络架构，特斯拉在Model 3和Model Y中已经采用域控制结构。

自动驾驶级别越高，车内通信对高速率网络的需求就越迫切，L3以上的自动驾驶，需要在车内搭配2.5/5/10G以太网，而到了L4/L5自动驾驶，车内需要引入10G+以太网。因此，高速车载以太网是实现L3及以上自动驾驶必不可少的配置。

据以太网联盟预测，随着汽车智能化应用需求推动车联网技术不断发展，未来智能汽车单车以太网端口将超过100个，这为车载以太网芯片提供了巨大的发展空间。以Aquantia汽车的ADAS以太网架构为例，每一个传感器（摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等）都需要部署一个PHY芯片以连接到ADAS域的交换机上，每个交换机节点也需要配置若干个PHY芯片。

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中国本土PHY芯片企业在发力

目前，全球以太网PHY芯片市场被少数企业把持着，经过多年发展和积累，这些厂商凭借资金、技术、客户资源、品牌等优势，掌握了大部分市场份额。据中国汽车技术研究中心统计，博通、美满电子、瑞昱、德州仪器、恩智浦和微芯稳居前列，全球前五大以太网PHY芯片厂商的市场份额占比高达91%。目前，中国大陆的PHY芯片市场基本被这些国际巨头主导，市占率达87%。

近些年，中国本土厂商的技术能力一直在提升过程中，有望凭借本土快速响应能力占据更多市场份额。目前，国内主要以太网PHY芯片厂商包括裕太微，景略半导体，昆高新芯，国科天讯，物芯科技，鑫瑞技术，以及睿普康等。

在这些厂商中，裕太微是领先企业，能够大规模供应千兆以太网PHY芯片，是国内首家在车载PHY芯片领域通过OPEN Alliance IOP认证的企业，其2.5G PHY芯片已量产，在技术实力和规模上处于国内领先地位，2021年，裕太微产品在以太网PHY芯片市场份额为2%。景略半导体的核心团队源于美满电子，主要为车载、工业、企业应用提供以太网PHY芯片，其车载千兆PHY芯片即将量产。昆高新芯能提供千兆以太网PHY和TSN芯片，是国内较早实现TSN交换芯片流片的企业，TSN芯片即将进入量产阶段。