下一波汽车芯片革命可能会发生在这个通信领域。

以太网（Ethernet，IEEE 802.3标准)应用市场广阔，自1973年诞生以来，已有40多年的发展历程。由于其技术成熟、标准化程度高、带宽高、成本低等诸多优点，已成为当今信息世界最重要的基础设施，涵盖家庭网络和用户终端、企业和公园网络、运营商网络、大型数据中心和服务供应商等应用领域，在全球范围内形成了以太网生态系统。所有需要通过以太网通信的智能终端都可以选择以太网物理层芯片(PHY芯片)及相关设备进行通信。

选择星形拓扑或线性总线作为以太网协议，这是IEEE。 OSI是基于802.3标准的（Open System Interconnection）以太网协议在七层(物理层、数据链路层、传输层、传输层、对话层、表示层和网络层)网络架构中的物理层和数据链路层工作。在逻辑链接控制层和介质密钥管理中，以太网将数据链路层的功能分为两个不同的子层。（Media Access Control，MAC）层。

本论文主要关注物理层，OSI物理层规范规定了与传输介质相关的设备标准，主要包括机械特性、电气特性和功能特性。机械特性是指连接器的尺寸、导线数量、导线排列顺序、固定方法和材料等机械性能指标。电气特性是指介质、接口电压和电流指标；功能特性是指物理层设备需要实现的功能，如如何处理数据流，使用哪种编码方法，以及规定的帧格式。

按照以太网联盟建立的路线图，将以太网应用分为工业自动化、车载以太网、企业应用、通信运营商、数据中心五大类。具体来说，包括通信网络(路由器、交换机、无线终端、中继器)、智能设备(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)。)、监控系统(安全摄像头)、辅助驾驶、智能网络连接、摄像头、激光雷达、驾驶记录仪等。

PHY芯片是互联网的关键。

以太网物理层芯片（PHY）在OSI网络七层架构的底层工作，为了实现不同设备之间的连接，有线传输通信芯片。具体来说，PHY芯片将数据链路层的设备连接到物理媒体，为设备之间的数据通信提供传输媒介，正确发送和接收信号。

CPU通常由网络通信接口组成、物理层接口的MAC控制器和接口（PHY）组成部分，PHY融合了多种模拟电路，MAC是全数字设备。它们通常有三种集成结构：1、MAC和PHY集成在CPU内部，这种情况比较少见；2、MAC集成在CPU内部，PHY是一种独立芯片，比较常见；3、MAC和PHY不集成CPU，MAC和PHY选择单个芯片或集成芯片。

在IC设计行业，PHY芯片的研发门槛相对较高，因为PHY芯片应该将模拟信号转换成模拟信号，并将其发送到通信介质。同时，模拟信号应从接收到的模拟信号中恢复，然后传输到上层芯片处理。所以，PHY芯片是一个复杂的数模混合系统，其中包含了高性能SerDes、ADC/DAC、AFE设计，如高精度PLL，也包括DSP设计，如滤波算法和信号恢复，其中，模拟电路主要从事模拟信号与模拟信号之间的转换，数字电路负责模拟信号的处理，实现降噪、影响抵消、平衡、时钟恢复等功能。因此，这种芯片研发需要强大的数字、模拟、算法等技术经验，产品设计团队需要高效的合作，这是普通工程师无法完成的。

新时期，新应用

近年来，各种数字智能终端大规模普及，通信、计算、存储、监控等多种应用程序逐步与网络相结合。

根据IDC预测，未来三年，全球计算率将以超过50%的速度增长，到2025年，整体规模将达到3300EFlops，到2025年，全球物联网设备数量将超过400亿台，产生的信息量将接近80ZB，超过一半的数据需要依靠终端或边缘的计算能力来处理。

作为应用最广泛的局域网传输技术，以太网在传输可靠性和稳定性方面具有明显的优势，可以为物联网设备、操作系统和软件运行提供基本的传输层。随着物联网和人工智能的发展，以太网的应用将在现有的基础上不断扩大。

随着各种应用信息量的井喷式增长，PHY芯片作为以太网传输的基础芯片，其市场规模也在不断上升。

根据中国汽车技术研究中心的预测，2022~2025年，全球以太网PHY芯片市场规模将保持25%以上的复合增长，到2025年，预计将超过300亿元。

汽车市场是重点突破方向

伴随着以新能源汽车为代表的当代汽车向电气化、网络化、智能化方向发展，传统汽车使用的总线（CAN、LIN、FlexRay、MOST）以太网在汽车应用中的优势逐渐显现，在成本和功能上越来越不能满足现代汽车的需求。在新能源汽车智能化发展趋势的推动下，汽车以太网PHY芯片有望实现大规模应用。

以下是汽车以太网优势的主要表现。

现代汽车中使用的电子控制和通信系统越来越多，如发动机电子控制系统、自动变速箱控制系统、防抱死制动系统等（ABS）、自动化巡航系统（ACC）以及车载多媒体系统等。大量的数据交换需要在这些系统、系统和车辆的数据仪表、系统和汽车故障诊断系统之间进行。在这种情况下，点对点连接和信息传输技术不能用导线进行，因为安装非常复杂，故障率会很高。此时，需要使用汽车总线。

汽车总线是一种通信网络，用于车载网络中的底层设备和仪表互联，是车配网络和车载设备控制系统的集成。

虽然传统汽车总线LIN和CAN的市场份额相当可观，但其传输速度已不能满足电气设备日益增加的要求。虽然MOST总线的传输速度有了很大的提高，但其环形拓扑结构阻碍了整车的普及。FlexRay总线具有优异的传输速度、循环冗余网络拓扑结构和同步能力。然而，FlexRay网络的负载率和难以达到预期的传输速度、昂贵的价格等因素使得它只能用于信息娱乐系统。

另外，汽车内部的电子电器（E/E）单车ECU数量已从20-30个增加到100多个，部分车型的线束长度已达2.5公里，部分车型的线束长度已达2.5公里，E/E架构已经不能满足汽车智能时代的发展需求。因此，汽车网络向域控制和集中控制转变的趋势越来越明显，总线也需要向高带宽发展。

在过去以太网技术的基础上，车载以太网进行了一系列的优化和改进，使其更符合车内通信的需要。

根据车内通信需求，车载以太网开发了一种新型的局域网技术，将车内电子单元与以太网连接起来。车载以太网技术是近年来以太网技术发展的重要方向之一，它率先应用于智能驾驶和智能驾驶舱，并在未来逐步取代整车通信技术。

与其他总线相比，线束轻量化是以太网的另一大优势。减轻汽车自重是节能的基本方法，选择轻质材料是实现汽车轻量化最有效的方法。线束的复杂性使其成为汽车结构中仅次于底盘和发动机的第三重部件。一些传统的总线电缆很重，需要额外的屏蔽来保证它们不受干扰。与传统总线相比，车载以太网使用单对非屏蔽双绞线和较小的连接器可以降低80%的线束成本和30%的线路重量。为了满足智能对高带宽的需求，可以利用回音抵消技术在单线对上实现双向通信。

传统的以太网一般采用四对一的方式，而车载以太网只有一对一的方式，使得在同样的传输速度下，车载以太网的PHY芯片设计和实现难度成倍增加，这也是目前各大厂商技术和产品优势和竞争力的焦点。

汽车总线技术对比

自动驾驶传感器带来的结构变化和大量的数据处理需求，使得带宽成为下一代汽车网络技术的关键。与传统的车载总线网络不同，车载以太网可以提供更高的数据传输能力，需要带宽密集型应用。同时，其先天的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、轻量化的要求。现在，博世、采埃孚等都提出了下一代汽车网络结构，特斯拉在Model上 3和Model Y里已选择了域控制结构。

自动驾驶级别越大，对高速网络的需求就越迫切。对于L3以上的自动驾驶，需要在车内组合2.5/5/10G以太网，而对于L4/L5自动驾驶，需要在车内引入10G。 所以，高速车载以太网是实现L3或以上自动驾驶不可缺少的设备。

根据以太网联盟的预测，随着汽车智能应用的需要，汽车联网技术的不断发展，未来将有100多个智能汽车自行车以太网端口，这将为汽车以太网芯片带来巨大的发展前景。以Aquantia车辆的ADAS以太网架构为例，每个传感器(摄像机、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等)都需要安排一个PHY芯片来连接ADAS域的交换机，每个交换节点也需要配备几个PHY芯片。

在中国，当地的PHY芯片企业正在努力

目前，全球以太网PHY芯片市场已被少数公司控制。经过多年的发展和积累，这些厂商凭借资金、技术、客户资源、品牌等优势，拥有了大部分的市场份额。根据中国汽车技术研究中心的统计，博通、美满电子、瑞昱、德州仪器、恩智浦和微芯位居前列，全球前五大以太网PHY芯片制造商的市场份额高达91%。当前，PHY芯片在中国大陆的市场基本上是由这些国际巨头主导的，市场份额达到87%。

近年来，中国当地制造商的技术能力不断提高，有望凭借当地的快速响应能力占据更多的市场份额。目前国内以太网PHY芯片厂商主要包括裕太微、景略半导体、昆高新芯、国科天讯、物芯技术、新瑞技术、瑞普康等。

在这些厂商中，裕太微是一家领先的企业，可以大规模供应千兆以太网PHY芯片。它是中国第一家通过OPEN在车载PHY芯片领域的公司。 Alliance IOP认证公司，2.5G PHY芯片已经量产，在技术水平和规模上处于国内领先地位，2021年，裕太微商品在以太网PHY芯片的市场份额为2%。景略半导体的核心团队起源于美满电子，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芯片将大规模生产。作为国内较早实现TSN交换芯片流片的公司，昆高新芯可以提供千兆以太网PHY和TSN芯片，TSN芯片即将进入量产阶段。

本文来自微信公众号“半导体产业纵横”（ID:ICViews），作者：畅秋，36氪经授权发布。

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