車內(nèi)通信芯片研究：車載以太網(wǎng)向著高帶寬、多端口演進，相關芯片市場快速增長

佐思汽研發(fā)布了《2023年汽車車內(nèi)通信及網(wǎng)絡接口芯片行業(yè)研究報告》。

根據(jù)通信連接形態(tài)的不同，汽車通信應用分為無線通信和有線通信。

汽車通信應用示意圖

來源：汽車知識棧

汽車電子電氣系統(tǒng)是以通信網(wǎng)絡為載體，將車內(nèi)電子設備通過線束連接在一起。隨著汽車E/E架構的演進和車內(nèi)功能的復雜度提升，汽車中的傳感器數(shù)量不斷增加，導致車載數(shù)據(jù)量激增，這對整車實時通信和數(shù)據(jù)處理能力有了很高的要求。因此，高帶寬、低時延、高可靠性的車載以太網(wǎng)會更適合未來E/E架構的長期演進以及高速車內(nèi)通信需求。

在Zonal架構中，實現(xiàn)功能集中化之后，車內(nèi)ECU大量減少。此時，中央計算平臺對控制器的算力要求極高，而對區(qū)域控制器的算力要求相對較低。為了滿足車內(nèi)功能安全的要求、中央與區(qū)域控制器之間大量的數(shù)據(jù)傳輸遷移以及軟件算法的交互，車載以太網(wǎng)將成為Zonal架構中的數(shù)據(jù)主干鏈路。

隨著汽車E/E架構的演進，車載以太網(wǎng)（圖中紅線）將成為骨干網(wǎng)絡

注：1TPCE指“1個雙絞線的百兆以太網(wǎng)”；RTPGE指“簡化的雙絞線千兆以太網(wǎng)”。來源：Keysight

當以太網(wǎng)作為未來汽車的車載骨干網(wǎng)絡時，各區(qū)域控制器之間的信息交互通過以太網(wǎng)交換機來實現(xiàn)。目前Marvell、Broadcom、恩智浦等車載網(wǎng)絡通信芯片廠商紛紛提出下一代網(wǎng)絡架構。

Aquantia未來ADAS系統(tǒng)的車載網(wǎng)絡架構

來源：Marvell

以Aquantia（已被Marvell收購）預測未來ADAS系統(tǒng)的車載網(wǎng)絡架構為例，其中有兩個中央計算單元(GPU/CPU)，通過三個交換機來連接所有的攝像機和傳感器，全車采用以太網(wǎng)連接。每一個傳感器都需要部署一個PHY芯片，每個交換機節(jié)點也需要配置若干個PHY 芯片，以輸入從傳感器端傳輸過來的數(shù)據(jù)。車載以太網(wǎng)涉及到冗余備份設計，需要硬件功能做到主備或并行處理，來自攝像頭和傳感器的數(shù)據(jù)被發(fā)送到一個中央計算單元中，而另一個中央計算單元則用作備份，在第一個單元發(fā)生故障時接管汽車的控制權。

車載以太網(wǎng)向著高帶寬、多端口方向演進

車載以太網(wǎng)芯片主要包括物理層接口PHY芯片和以太網(wǎng)交換機芯片。PHY芯片主要基于物理層進行數(shù)/模信號的轉(zhuǎn)換，而不對數(shù)據(jù)進行處理；交換機芯片是基于數(shù)據(jù)鏈路層對傳輸數(shù)據(jù)做處理，包括數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā)和交換、過濾和分類。

隨著汽車E/E架構演進，車載以太網(wǎng)芯片的滲透率不斷提升，中國車載以太網(wǎng)芯片市場快速增長。以PHY芯片市場為例，當前車載以太網(wǎng)PHY芯片的主要應用于中央計算系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)及IVI系統(tǒng)等領域，按照各系統(tǒng)單車PHY芯片平均用量以及PHY芯片均價測算，2022年中國乘用車市場車載以太網(wǎng)PHY芯片市場規(guī)模為58億元。未來隨著車內(nèi)以太網(wǎng)進一步向車內(nèi)其他領域滲透，單車芯片用量不斷增多，且高速率PHY芯片的占比逐步提升，會抵消單一型號芯片價格的下降。預計到2025年，中國乘用車市場的車載以太網(wǎng)PHY芯片市場規(guī)模將達到218.7億元。

車載以太網(wǎng)向著高帶寬、多端口方向演進

來源：以太網(wǎng)聯(lián)盟

汽車E/E架構的演進方向和速度影響著未來車載以太網(wǎng)的發(fā)展方向和速度，為了能夠跟上自動駕駛技術的高速發(fā)展，滿足智能座艙內(nèi)的多功能交互等數(shù)據(jù)傳輸需求，未來車載以太網(wǎng)將往高帶寬、多端口配置的方向發(fā)展。

自動駕駛推動10G+車載以太網(wǎng)的發(fā)展

智能汽車的自動駕駛技術越來越成熟，汽車對于巨量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和靈敏度的要求也越來越高。此外，自動駕駛上路還會有巨量數(shù)據(jù)存儲的需求，要想實現(xiàn)攝像頭、激光雷達等傳感器的高清數(shù)據(jù)被實時存儲起來，對車內(nèi)網(wǎng)絡帶寬的要求就會更高。

自動駕駛級別越高，車內(nèi)通信對高速率網(wǎng)絡的需求就越大。L3以上的自動駕駛需求，車內(nèi)網(wǎng)絡就會開始大量引入2.5/5/10G車載以太網(wǎng)。而到最后L4/L5的自動駕駛汽車，車內(nèi)以太網(wǎng)的數(shù)量還會增加，很多都會引入10G+的標準。因此，高速車載以太網(wǎng)是實現(xiàn)L3以上自動駕駛必不可少的需求。

絕大多數(shù)主流或新勢力車企已經(jīng)提前布局了“中央集中式”的E/E架構，并且車型量產(chǎn)將集中在2023-2025年量產(chǎn)落地，要想在2025年實現(xiàn)Zonal架構，10G的帶寬是必須的。而在萬兆級車載以太網(wǎng)芯片市場，目前能提供10G+的以太網(wǎng)交換機廠商只有Marvell和博通兩家。

Marvell 中央汽車以太網(wǎng)交換機Q6223框圖

來源：Marvell

2023年6月，Marvell推出了Brightlane Q622x系列中央汽車以太網(wǎng)交換機，這款以太網(wǎng)交換機是專門為汽車Zonal架構而設計。其中區(qū)域交換機將來自汽車物理區(qū)域內(nèi)的設備（如處理器、傳感器、執(zhí)行器和存儲系統(tǒng)等）的流量聚合到一起，通過高速以太網(wǎng)連接至中央計算交換機實現(xiàn)信息交互。

Brightlane Q622x系列交換機是單芯片設備，具體包含了Q6222和Q6223兩款產(chǎn)品：

Brightlane Q6223帶寬達90 Gbps，幾乎是當前可用汽車交換機容量的2倍。采用非阻塞12端口設計，可以從8個集成10GSerDes端口、4個集成2.5G SerDes端口和2個可用的集成1000Base-T1 PHY中進行配置；

Brightlane Q6222包含9個60 Gbps端口，以及有5個集成10G SerDes端口、4個集成2.5G SerDes端口和2個集成1000Base-T1 PHY可供選擇。

車載以太網(wǎng)端口數(shù)量隨著汽車E/E架構的演進而增加

隨著汽車E/E架構演進，車載以太網(wǎng)滲入率逐漸提高，未來以太網(wǎng)節(jié)點芯片的需求也將增加，智能汽車單車以太網(wǎng)端口將超過100個。

但到目前為止，量產(chǎn)的車里面帶以太網(wǎng)的端口數(shù)都不是太多，基本上都是用在IVI系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、網(wǎng)關和域控制器等子系統(tǒng)上，還未形成以以太網(wǎng)為骨干的整車級網(wǎng)絡架構。未來隨著Zonal架構車型的量產(chǎn)落地，車載以太網(wǎng)在整車網(wǎng)絡通信架構中的用量將大幅上升，此時，車內(nèi)車載以太網(wǎng)的通信端口數(shù)量也會隨之增加。

芯片廠商方面，包括博通、恩智浦等國際大廠發(fā)出的新產(chǎn)品或更新迭代產(chǎn)品中，其通信端口數(shù)也呈現(xiàn)越來越多的趨勢。

部分車載以太網(wǎng)相關芯片供應商產(chǎn)品端口數(shù)對比

來源：佐思汽研《2023年汽車車內(nèi)通信及網(wǎng)絡接口芯片行業(yè)研究報告》

2022年5月，博通推出了一款高帶寬單片汽車以太網(wǎng)交換機設備BCM8958X，這款交換機共有16個以太網(wǎng)端口，其中有6個具有10Gbps能力（具有SRIOV的XFI或PCIe x1 4.0 接口），以及集成的1000BASE-T1和100BASE-T1 PHY。

博通BCM8958X的接口配置

來源：博通官網(wǎng)