以太網(wǎng)向更高的傳輸速率演進(jìn), 為萬(wàn)物互聯(lián)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了通信基礎(chǔ)

經(jīng)歷約50年的發(fā)展，因其同時(shí)具備技術(shù)成熟、高度標(biāo)準(zhǔn)化、帶寬高以及低成本等諸多優(yōu)勢(shì)，已取代其他網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)今世界應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，為萬(wàn)物互聯(lián)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了基礎(chǔ)。

在傳輸速率上，以太網(wǎng)具有多種速率標(biāo)準(zhǔn)，早期慣例以10倍來(lái)提升，如標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（10Mbps）、快速以太網(wǎng)（100Mbps）、千兆以太網(wǎng)（1Gbps）。近年來(lái)為適應(yīng)多樣化需求，開始出現(xiàn)2.5GE、5GE、25GE、50GE、200GE、400GE等多種新速率標(biāo)準(zhǔn)。目前規(guī)模應(yīng)用的主流技術(shù)是千兆以太網(wǎng)1000BASE-T，可在超過100m的雙絞線上傳輸1000Mbit/s的數(shù)據(jù)流。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)以太網(wǎng)將不斷向更高的傳輸速率演進(jìn)。

應(yīng)用場(chǎng)景方面，以太網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，覆蓋消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)、通信、數(shù)據(jù)中心等多個(gè)領(lǐng)域。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于機(jī)頂盒、監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、LED顯示屏、智能電視等一系列可提供以太網(wǎng)連接的商業(yè)產(chǎn)品；在工業(yè)領(lǐng)域，以太網(wǎng)在TCP/IP協(xié)議框架下形成了Ethernet/IP、PROFINET 等工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，其低成本、高效通信能力以及良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潇`活擴(kuò)展能力，為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、智能儀表、人機(jī)交互設(shè)備、伺服系統(tǒng)等工業(yè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化感知和智能決策提供良好的基礎(chǔ)；在汽車領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)不同，車載以太網(wǎng)可以提供帶寬密集型應(yīng)用所需的更高數(shù)據(jù)傳輸能力，同時(shí)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以很好地滿足汽車高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲、輕量化等方面的要求，將成為下一代汽車網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

作為以太網(wǎng)傳輸?shù)幕A(chǔ)芯片，以太網(wǎng)物理層芯片（PHY）用以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的連接，并且通過與數(shù)據(jù)鏈路層 （MAC）芯片配合或集成實(shí)現(xiàn)更高層的網(wǎng)絡(luò)交換功能。

具體而言，以太網(wǎng)物理層芯片（PHY）連接數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備（MAC）到物理媒介，并為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體，處理信號(hào)的正確發(fā)送與接收。當(dāng)設(shè)備向外部發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：MAC 通過 MII/RGMII/SGMII 接口向以太網(wǎng)物理層芯片傳送數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)物理層芯片在收到 MAC 傳輸過來(lái)的數(shù)據(jù)后，把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行 流數(shù)據(jù)、按照物理層的編碼規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，再變?yōu)槟M信號(hào)把數(shù)據(jù)傳輸出去；當(dāng)從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)時(shí)：物理層芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)過解碼得到數(shù)據(jù)，經(jīng)過接口傳輸?shù)?MAC。

以太網(wǎng)芯片原理圖

資料來(lái)源：裕太微

從上述原理圖可以看到，以太網(wǎng)物理層芯片是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)?；旌闲酒到y(tǒng)。芯片中包含高性能SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE設(shè)計(jì)，同時(shí)也包括濾波算法和信號(hào)恢復(fù)等DSP設(shè)計(jì)，芯片研發(fā)需要深厚的數(shù)字、模擬、算法全方位的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)以及完整產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)互相高效配合才能實(shí)現(xiàn)。

市場(chǎng)規(guī)模有望突破300億元，國(guó)內(nèi)廠商正填補(bǔ)市場(chǎng)空白未來(lái)發(fā)展空間巨大

近年來(lái)，受益于5G、WiFi6、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)應(yīng)用，以太網(wǎng)物理層芯片的市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)展。

根據(jù)中國(guó)汽車技術(shù)研究中心的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2022年-2025年全球以太網(wǎng)物理層芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)保持25%以上的年復(fù)合增長(zhǎng)率，到2025年其市場(chǎng)規(guī)模有望突破300億元。

汽車方面，隨著新能源汽車智能化的發(fā)展，數(shù)據(jù)量傳輸需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，未來(lái)智能汽車單車以太網(wǎng)端口將從現(xiàn)在的10個(gè)左右增長(zhǎng)到超過100個(gè)以上，為車載以太網(wǎng)芯片帶來(lái)10倍以上的增長(zhǎng)空間。假設(shè)車載交換芯片均采用4口（即單車需求量為PHY芯片的1/4），預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)的車載以太網(wǎng)交換芯片市場(chǎng)規(guī)模將在2025年達(dá)到137億元，2021-2025年年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)63.1%。

資料來(lái)源：Mouser

從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，目前以太網(wǎng)物理層芯片市場(chǎng)高度集中。在全球市場(chǎng)上，博通、美滿電子、瑞昱、德州儀器、高通、微芯穩(wěn)居前列，前五大廠商市場(chǎng)份額占比高達(dá)91%。這些廠商由于起步較早，憑借資金、技術(shù)、客戶資源、品牌等方面的積累，已經(jīng)在以太網(wǎng)芯片行業(yè)形成了巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，對(duì)該行業(yè)的發(fā)展起到引領(lǐng)作用；在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，以太網(wǎng)物理層芯片同樣被瑞昱、博通、美滿電子等這些國(guó)際巨頭主導(dǎo)，自給率極低，下游廠商高度依賴境外進(jìn)口。

不過，在國(guó)產(chǎn)替代浪潮下，近年來(lái)國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)實(shí)力不斷追趕，有望憑借本土化優(yōu)勢(shì)和快速響應(yīng)能力占據(jù)更多的市場(chǎng)份額。目前，國(guó)內(nèi)主要的以太網(wǎng)物理層芯片廠商包括裕太微、景略半導(dǎo)體、昆高新芯、國(guó)科天訊、東土科技旗下物芯科技、鑫瑞技術(shù)、睿普康、楠菲微電子等。

資料來(lái)源：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心

而在車載以太網(wǎng)芯片方面，競(jìng)爭(zhēng)格局集中度更高。

根據(jù)中國(guó)汽車技術(shù)研究中心統(tǒng)計(jì)，不管是全球還是中國(guó)市場(chǎng)，幾乎全部由美滿電子、博通、瑞昱、德州儀器和恩智浦五家企業(yè)壟斷，占比高達(dá)99%以上。具體來(lái)看，美滿電子在車載以太網(wǎng)市場(chǎng)上一家獨(dú)大，市占比超過1/3；博通在中國(guó)市場(chǎng)占比達(dá)25.3%，高于其在全球市場(chǎng)的占比接近7個(gè)百分點(diǎn)，位例第二。此外，瑞昱和德州儀器占比也都在10%以上，在市場(chǎng)上也有一定的話語(yǔ)權(quán)和地位。

資料來(lái)源：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心

在中美貿(mào)易摩擦大背景下，車載以太網(wǎng)物理層芯片國(guó)產(chǎn)化需求迫切，為裕太微、景略半導(dǎo)體、昆高新芯等為代表的國(guó)內(nèi)眾多廠商提供了廣闊的發(fā)展機(jī)遇。

以裕太微為例，作為國(guó)內(nèi)以太網(wǎng)物理層芯片龍頭，裕太微成立于2017年，專注于高速有線通信芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)和銷售，是中國(guó)大陸極少數(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模銷售的以太網(wǎng)物理層芯片供應(yīng)商。

目前，裕太微已經(jīng)獲得AEC-Q100 GRADE1車規(guī)認(rèn)證和OPEN聯(lián)盟互聯(lián)互通性認(rèn)證（C&S國(guó)際認(rèn)證），車載百兆物理層芯片產(chǎn)品已經(jīng)在德賽西威、長(zhǎng)安、廣汽、比亞迪等頭部Tier1和車企中批量出貨，千兆產(chǎn)品也正在研發(fā)中，預(yù)計(jì)在2023年也將實(shí)現(xiàn)批量出貨。

從具體產(chǎn)品來(lái)看，裕太微的車載百兆芯片YT8010系公司的主打產(chǎn)品，可對(duì)標(biāo)市場(chǎng)上恩智浦的TJA1100和博通的BCM89811等主流產(chǎn)品。對(duì)比來(lái)看，裕太微芯片的主要技術(shù)參數(shù)與國(guó)際主流競(jìng)品基本一致，甚至在可靠性指標(biāo)上具有優(yōu)勢(shì)。

裕太微的車載百兆芯片YT8010國(guó)家大廠競(jìng)品比較情況

資料來(lái)源：裕太微

而在車載千兆芯片上，裕太微的YT8011芯片集成了包含高達(dá)750MSPS的ADC和3GSPS的DAC，可對(duì)標(biāo)瑞昱的RTL9010和美滿電子的88Q2120為代表的車載市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，可滿足雷達(dá)、環(huán)視等高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。

中高端車型的自動(dòng)駕駛及智能座艙率先應(yīng)用，帶動(dòng)車載以太網(wǎng)芯片量?jī)r(jià)齊升

從車載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)演變來(lái)看，目前汽車總線技術(shù)以CAN總線為主，LIN總線為輔，CAN總線具有多主仲裁的特點(diǎn)，但是它在每個(gè)時(shí)間窗口里只能一個(gè)節(jié)點(diǎn)贏得控制權(quán)發(fā)送信息，其他節(jié)點(diǎn)都要變?yōu)榻邮展?jié)點(diǎn)，因此CAN總線只能實(shí)現(xiàn)半雙工通訊，最高傳輸速度1Mbps（40m）。

隨著以新能源汽車的發(fā)展，繼續(xù)使用CAN總線連接不僅將造成汽車電子系統(tǒng)成本大增，更無(wú)法滿足高性能處理器實(shí)時(shí)高速雙向數(shù)據(jù)交互的需求。

而車載以太網(wǎng)是在普通以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)車內(nèi)通信技術(shù)需求研發(fā)的一種用以太網(wǎng)連接車內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)百兆、千兆甚至億兆的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸，有望在未來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整車現(xiàn)有車內(nèi)通信技術(shù)的逐步替代，正成為下一代汽車網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向之一。

車載網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)路徑比較

資料來(lái)源：裕太微

在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，目前主流的車載以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是基于博通公司的BroadR-Reach技術(shù)，車載以太網(wǎng)領(lǐng)域里最為重要的OPEN聯(lián)盟的設(shè)立目標(biāo)即是促進(jìn)該技術(shù)作為開放標(biāo)準(zhǔn)得到各車企的廣泛采用。截止到2021年底，OPEN聯(lián)盟的成員已增長(zhǎng)到340個(gè)，包括博通、恩智浦、飛思卡爾、現(xiàn)代等汽車領(lǐng)域里眾多的汽車廠商、供應(yīng)商、芯片商、技術(shù)公司以及研究機(jī)構(gòu)等。中國(guó)車企和供應(yīng)商也在積極關(guān)注并逐漸采用OPEN聯(lián)盟的技術(shù)，在OPEN聯(lián)盟中已有一汽集團(tuán)、北汽、長(zhǎng)城、泛亞、華晨、恒潤(rùn)、航盛以及中國(guó)信通院等十幾家中國(guó)成員。

隨著車載以太網(wǎng)滲透率的不斷提高，全世界采用BroadR-Reach技術(shù)的主流汽車制造商的數(shù)量還在不斷增長(zhǎng)。諸多新能源車造車新勢(shì)力以及寶馬、捷豹、大眾等諸多知名汽車廠商的多個(gè)車型均在部分系統(tǒng)上采用了車載以太網(wǎng)，可以預(yù)見未來(lái)車載以太網(wǎng)有望成為汽車的主流趨勢(shì)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

其中，作為汽車智能化發(fā)展的先鋒，中高端車型的智能駕駛及智能座艙領(lǐng)域已經(jīng)開始率先使用車載以太網(wǎng)作為主要的車載網(wǎng)絡(luò)傳輸工具，未來(lái)這一趨勢(shì)有望逐漸從中高端車型向低端車型逐漸普及。

（一）自動(dòng)駕駛向更高階發(fā)展，帶動(dòng)車載以太網(wǎng)芯片量?jī)r(jià)齊升

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的深入發(fā)展，汽車中攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等傳感器數(shù)量不斷增加，高精度地圖導(dǎo)航、停車輔助、車道偏離預(yù)警、夜視輔助、自適應(yīng)巡航、碰撞避免、盲點(diǎn)偵測(cè)、駕駛員疲勞探測(cè)等的使用場(chǎng)景也在不斷豐富，這些技術(shù)的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生、發(fā)送、接收、存儲(chǔ)和處理海量的數(shù)據(jù)。

據(jù)英特爾預(yù)測(cè)，一輛自動(dòng)駕駛汽車每天將會(huì)產(chǎn)生大約4TB的數(shù)據(jù)。其中，LIDAR模塊可能生成70Mbps 的數(shù)據(jù)流量，一個(gè)攝像頭可能生成40Mbps的數(shù)據(jù)流量，RADAR模塊可能生成100 Kbps的數(shù)據(jù)流量，而導(dǎo)航系統(tǒng)可能生成50 Kbps的數(shù)據(jù)流量。

此外，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的等級(jí)越高，獨(dú)立傳感器的數(shù)量也將極大增長(zhǎng)，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量也更大，這些數(shù)據(jù)需要以極短的延遲在高速、可靠的網(wǎng)絡(luò)上傳輸、存儲(chǔ)和共享，這正是基于車載以太網(wǎng)的高吞吐量、低延遲網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)處。

以汽車ADAS以太網(wǎng)架構(gòu)為例，每一個(gè)傳感器（包括攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等）都需要部署一個(gè)PHY芯片以連接到ADAS域的交換機(jī)上，每個(gè)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)也需要配置若干個(gè)以太網(wǎng)芯片，以傳輸從傳感器端接收來(lái)的數(shù)據(jù)。

在數(shù)量上，目前在特斯拉、蔚小理等新勢(shì)力的高端車型上相關(guān)以太網(wǎng)芯片已經(jīng)達(dá)到40-50片，隨著汽車智能化的不斷演進(jìn)，未來(lái)在L4/L5級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車中搭載量還將進(jìn)一步增長(zhǎng)到80-120片；而在價(jià)格上，目前車載百兆以太網(wǎng)芯片平均單價(jià)在1-2美元，千兆以太網(wǎng)芯片單價(jià)在4-5美元，在下游旺盛需求的帶動(dòng)下，目前行業(yè)整體呈良好的量?jī)r(jià)齊升趨勢(shì)。

在具體應(yīng)用案例上，早在2018年，車載以太網(wǎng)芯片龍頭美滿電子就研發(fā)出了業(yè)界首款汽車級(jí)安全以太網(wǎng)交換芯片88Q5050，這款芯片能夠處理數(shù)千兆級(jí)別數(shù)據(jù)的應(yīng)用，使得汽車OEM制造商能夠支持具備傳感器融合、攝像頭、安全和診斷等功能的車載網(wǎng)絡(luò)。目前，該芯片并且已被NVIDIA DRIVE Pegasus自動(dòng)駕駛汽車平臺(tái)采用，成為第一個(gè)在內(nèi)核具備嵌入式安全功能的可商用解決方案。

（二）在智能座艙領(lǐng)域，千兆車載以太網(wǎng)已逐漸成為中高端汽車的標(biāo)配

除了自動(dòng)駕駛外，伴隨著BroadR-Reach技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化的不斷推進(jìn)，搭載以太網(wǎng)先進(jìn)的智能座艙也正逐步成為中高端汽車的標(biāo)配和重要差異化特性。

此前，汽車Tier1廠商安波福就宣布，公司最新一代智能座艙系統(tǒng)支持1000兆車載以太網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)儀表盤、中控屏、副駕屏、后座屏和控制屏等顯示應(yīng)用場(chǎng)景的高速數(shù)據(jù)互通互聯(lián)，以給用戶帶來(lái)跨時(shí)代、更高的科技感座艙體驗(yàn)。

除了Tier1廠商外，主機(jī)廠也已經(jīng)逐步開始在高端車型上應(yīng)用車載以太網(wǎng)。例如，Ingineerix在不久前對(duì)特斯拉的高端車型Model S Plaid進(jìn)行了拆解，發(fā)現(xiàn)其座艙域一塊PCB板上集成了儀表顯示娛樂控制、網(wǎng)關(guān)、音頻功放、T-box、以太網(wǎng)交換芯片等眾多元器件。其中，座艙域和智能駕駛域通過千兆以太網(wǎng)連接通訊，當(dāng)中的以太網(wǎng)交換芯片采用的是中國(guó)臺(tái)灣廠商瑞昱的Realtek RTL9068ABD。

特斯拉Model S Plaid座艙域PCB板

資料來(lái)源：Ingineerix

值得一提的是，在智能座艙和自動(dòng)駕駛兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成熟后，根據(jù)技術(shù)發(fā)展路徑，未來(lái)以太網(wǎng)將更多的推廣至動(dòng)力總成、底盤、車身等多個(gè)領(lǐng)域，從而真正形成一個(gè)域級(jí)別的汽車網(wǎng)絡(luò)。

以太網(wǎng)芯片作為以太網(wǎng)傳輸?shù)幕A(chǔ)芯片之一，隨著數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模擁有持續(xù)上漲的動(dòng)能。尤其在車規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域，隨著新能源汽車電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的發(fā)展，車載以太網(wǎng)芯片有望逐步得到大規(guī)模應(yīng)用與普及。

和國(guó)外廠商相比，國(guó)內(nèi)公司在車規(guī)以太網(wǎng)芯片領(lǐng)域目前基本上處于剛起步階段，在技術(shù)、產(chǎn)品、客戶儲(chǔ)備等方面暫時(shí)處于落后的局面。

不過，背靠全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)相關(guān)廠商可借助本土化服務(wù)優(yōu)勢(shì)，在國(guó)產(chǎn)替代的大背景下快速切入國(guó)內(nèi)Tier1及終端市場(chǎng)，并且可借助新能源汽車的快速發(fā)展提升自己的收入與份額，不斷做大做強(qiáng)。