隨著信息、計(jì)算和芯片技術(shù)的迅速發(fā)展，外界信息交互需求日益增長(zhǎng)，車(chē)內(nèi)電子系統(tǒng)數(shù)量不斷增加，汽車(chē)電子系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，各個(gè)系統(tǒng)間的信息傳遞需要通信網(wǎng)絡(luò)的有力支撐。根據(jù)通信連接形態(tài)的不同，汽車(chē)通信應(yīng)用分為無(wú)線通信和有線通信。無(wú)線通信主要用于實(shí)現(xiàn)V2V(汽車(chē)與汽車(chē)互聯(lián))、或者V2X(汽車(chē)與用戶(hù)設(shè)備互聯(lián)，或汽車(chē)與其它設(shè)備，如通信基站和衛(wèi)星的通信等連接)。有線通信主要用于車(chē)內(nèi)設(shè)備之間的各種數(shù)據(jù)傳輸。

　　圖1、汽車(chē)通信示意圖

　　有線通信指汽車(chē)內(nèi)主要通過(guò)有線連接實(shí)現(xiàn)的通訊技術(shù)，通過(guò)不同的線纜，有線通訊將車(chē)內(nèi)傳感器、控制器、執(zhí)行器和決策控制等不同模塊節(jié)點(diǎn)連接，并構(gòu)成了車(chē)載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)交換。

　　根據(jù)其傳輸速率的差異，可將車(chē)載有線通信分為低速總線、高速總線通信、視頻傳輸和其它應(yīng)用等。傳統(tǒng)概念的低速總線通信一般包括了：CAN或者LIN總線(國(guó)內(nèi)原廠芯力特和北京君正均有此類(lèi)芯片)、FlexRay、MOST等技術(shù)，其總線帶寬不超過(guò)20Mbps;高速總線一般包括：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)加上交換芯片的技術(shù)(如車(chē)載以太網(wǎng)等，國(guó)內(nèi)原廠有東土科技)，純點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)(如視頻傳輸使用的FPD Link等技術(shù)，國(guó)內(nèi)如瑞發(fā)科公司提供的低頻高頻視頻傳輸芯片等)、混合總線(既單個(gè)網(wǎng)絡(luò)總線上可以同時(shí)透?jìng)鰿AN、LIN、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的技術(shù)，如北京君正的G.vn技術(shù))，USB傳輸?shù)炔煌耐ㄐ偶夹g(shù)，其速率范圍在100Mbps或者幾個(gè)Gbps甚至更高;此外，國(guó)內(nèi)外還有一些芯片公司推出了具有創(chuàng)新性的高速車(chē)用有線網(wǎng)絡(luò)通訊芯片，比如符合歐美韓最新充電樁標(biāo)準(zhǔn)的GreenPHY要求車(chē)內(nèi)和充電樁上都包含支持此標(biāo)準(zhǔn)的芯片。

　　1、車(chē)內(nèi)低速總線：CAN、LIN、FLexRay、MOST

　　(1)CAN總線

　　CAN (Controller Area Network, 控制器局域網(wǎng)絡(luò))采用非屏蔽雙絞線來(lái)傳輸信號(hào)，是一種采用并行方式連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)的總線，已經(jīng)成為通用的低速車(chē)載總線標(biāo)準(zhǔn)。為了滿(mǎn)足汽車(chē)中不同的系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速率的不同要求，CAN總線分為高速(速率5kbps到1Mbps)和低速(5kbps到125kbps)，現(xiàn)在廣泛使用CAN協(xié)議的升級(jí)版CAN FD，可以達(dá)到8Mbps, 升級(jí)了協(xié)議，物理層未改變;CAN與CAN FD主要區(qū)別：傳輸速率不同、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同，幀格式不同，ID長(zhǎng)度不同，可以在滿(mǎn)足不同要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最合理的性?xún)r(jià)比。

　　高速CAN傳輸速率在5kbps~1Mbps之間，最大總線節(jié)點(diǎn)數(shù)約10個(gè)，一般應(yīng)用在車(chē)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、ABS和ESP、汽車(chē)儀表、傳感器等模塊上，要求傳感器信號(hào)的回傳以及決策控制動(dòng)作信號(hào)的下發(fā)都快速、穩(wěn)定地到達(dá)。低速CAN，其傳輸速率在5kbps~125kbps之間，最大總監(jiān)節(jié)點(diǎn)數(shù)約24個(gè)，一般應(yīng)用在座艙內(nèi)，比如車(chē)身舒適電子系統(tǒng)(空調(diào)、座椅，車(chē)窗、折疊后視鏡、方向盤(pán)高低調(diào)節(jié)等)，這些應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高。

　　CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線型結(jié)構(gòu)，不需要主控制器，所有CAN節(jié)點(diǎn)直接連接到CAN總線上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN總線上的信號(hào)傳輸均通過(guò)物理層CAN通訊芯片進(jìn)行，一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)通常由三個(gè)主要芯片構(gòu)成，微處理器(MCU)、CAN控制器(集成在MCU中或者是在MCU外面單獨(dú)的芯片)、CAN收發(fā)器(收發(fā)器芯片只能是單獨(dú)的芯片，因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境電壓特點(diǎn)，它采用集成電路制造中的混合高壓工藝制造的模擬芯片，它不是一顆純數(shù)字芯片)。

　　MCU用來(lái)處理將要發(fā)送和已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)信息并做出決策;

　　CAN控制器負(fù)責(zé)基于CAN協(xié)議完成發(fā)送和接收的高低電平的生成，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸所需的位電流，然后發(fā)送給CAN收發(fā)器;

　　CAN收發(fā)器將位電流信號(hào)增強(qiáng)，產(chǎn)生差分信號(hào)，并以串行方式發(fā)送到CAN總線(雙絞線)上。

　　CAN總線芯片用量較大，2016年前1輛車(chē)上有20~25個(gè)低速CAN節(jié)點(diǎn)，9~15個(gè)高速CAN節(jié)點(diǎn)，目前一輛乘用車(chē)的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)量超過(guò)50個(gè)。

　　(2)LIN總線

　　LIN總線通過(guò)單根導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)總線通訊，其相對(duì)CAN總線成本低，傳輸速率低，它廣泛應(yīng)用于汽車(chē)機(jī)電系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域，例如車(chē)門(mén)模塊、車(chē)窗驅(qū)動(dòng)、后視鏡調(diào)節(jié)、空調(diào)、座椅電機(jī)調(diào)整(替代低速CAN以便降低成本)等。

　　LIN總線主要用于連接車(chē)輛內(nèi)部那些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸要求不高的節(jié)點(diǎn)，其總線的總的速率最高只能到20kbps，典型的LIN網(wǎng)絡(luò)最多可有16個(gè)節(jié)點(diǎn)。其節(jié)點(diǎn)分為：主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)。在這條單根導(dǎo)線互聯(lián)的總線上，主節(jié)點(diǎn)基于時(shí)間同步原則給出控制信號(hào)，從節(jié)點(diǎn)接收控制信號(hào)做出相應(yīng)的響應(yīng)。這種主從式訪問(wèn)機(jī)制，不需要總線仲裁和沖突處理。LIN相當(dāng)于汽車(chē)上可靠性較高的串口，與CAN總線功能/成本互補(bǔ)，綜合運(yùn)用兩者，可構(gòu)造汽車(chē)內(nèi)層次分級(jí)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

　　一個(gè)LIN節(jié)點(diǎn)通常由三個(gè)主要芯片部分構(gòu)成，微處理器(MCU)、LIN控制器(集成在MCU中或者是在MCU外面單獨(dú)的芯片)、LIN收發(fā)器(收發(fā)器芯片只能是單獨(dú)的芯片，因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境電壓特點(diǎn)，它采用集成電路制造中的混合高壓工藝制造的模擬芯片，它不是一顆純數(shù)字芯片)。

　　MCU用來(lái)處理將要發(fā)送和已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)信息并作出決策;

　　LIN控制器負(fù)責(zé)基于協(xié)議完成發(fā)送和接收的高低電平的生成，然后發(fā)送給LIN收發(fā)器;

　　LIN收發(fā)器將位電流信號(hào)增強(qiáng)，并以串行方式發(fā)送總線上。

　　(3)FlexRay

　　FlexRay是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，用于汽車(chē)的控制技術(shù)。FlexRay設(shè)計(jì)的目的就是為了具有可靠傳輸特性、高傳輸率以及高容錯(cuò)設(shè)計(jì)。FlexRay由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定，傳輸速率快、容錯(cuò)性好，但是成本高昂，過(guò)去多用于高檔車(chē)型中的動(dòng)力總成系統(tǒng)和主動(dòng)安全系統(tǒng)，以及沒(méi)有機(jī)械備份的線控系統(tǒng)，被動(dòng)安全系統(tǒng)、車(chē)身電子等。由于其成本高，其應(yīng)用并不廣泛，目前國(guó)內(nèi)的新車(chē)型均已不首選FlexRay技術(shù)。因此，除以下簡(jiǎn)述，下文對(duì)FlexRay芯片及其使用、市場(chǎng)不進(jìn)行展開(kāi)描述。

　　每個(gè)FlexRay節(jié)點(diǎn)都包括控制器部分和驅(qū)動(dòng)器部分。控制器部分包括一個(gè)微控制單元MCU(Micro Control Unit)和一個(gè)通信控制器CC(Communication Controller)。驅(qū)動(dòng)器部分通常包括總線驅(qū)動(dòng)器BD(Bus Driver)和總線監(jiān)控器BG(Bus Guardian)，其中總線監(jiān)控器為可選擇組件。主控芯片MCU主要負(fù)責(zé)計(jì)算、信息的處理和發(fā)送，通信控制器CC負(fù)責(zé)FlexRay相關(guān)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，總線驅(qū)動(dòng)器BD負(fù)責(zé)FlexRay物理層的實(shí)現(xiàn)。FlexRay在物理上通過(guò)兩條分開(kāi)的總線通信，每一條的數(shù)據(jù)速率是 10MBit/s，因此FlexRay總數(shù)據(jù)速率可達(dá)到20Mbit/秒。因此，應(yīng)用在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)lexRay的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能是CAN的20倍之多。

　　(4)MOST

　　MOST(Media Oriented System Transport) 面向媒體的系統(tǒng)傳輸總線，方便為車(chē)載多媒體系統(tǒng)組件提供連接。MOST總線是由MOST聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的，主要應(yīng)用于汽車(chē)多媒體和影音系統(tǒng)中，MOST聯(lián)盟是1998年由寶馬、戴姆勒克萊斯勒、哈曼等公司建立。

　　MOST總線支持多達(dá)64個(gè)設(shè)備的邏輯連接，常用的數(shù)據(jù)傳輸率為24.8Mbps，它是一種基于人造纖維或者玻璃光纖的網(wǎng)絡(luò)，采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，每個(gè)設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的入口或出口分別與前一個(gè)或后一個(gè)設(shè)備環(huán)狀連接。其中有一個(gè)設(shè)備作為時(shí)序主控(Timing Master)，能產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸所需的數(shù)據(jù)幀，而其他設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)幀與時(shí)序主控同步。

　　隨著目前車(chē)內(nèi)多媒體和影音系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求更高，車(chē)規(guī)以太網(wǎng)等技術(shù)已經(jīng)取代了MOST通訊技術(shù)，因此MOST總線在目前國(guó)內(nèi)的新車(chē)型均已不被選用。因此，本書(shū)中對(duì)MOST芯片及其使用、市場(chǎng)不進(jìn)行展開(kāi)描述。

　　2、車(chē)內(nèi)高速總線：以太網(wǎng)等(PHY芯片、Switch)

　　(1)車(chē)載以太網(wǎng)芯片

　　車(chē)載以太網(wǎng)芯片主要包括主芯片(包含車(chē)載以太網(wǎng)的MAC控制器等)、PHY芯片(車(chē)載以太網(wǎng)的物理接口芯片)、以及相應(yīng)的Switch交換芯片等若干種類(lèi)。MAC和Switch都有可能被集成在主芯片中，以便實(shí)現(xiàn)不同通訊技術(shù)的網(wǎng)關(guān)或者路由功能。

　　因需要適應(yīng)車(chē)內(nèi)的噪聲環(huán)境和抗干擾，同時(shí)減輕線材和接頭的重量并降低成本，車(chē)載以太網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)的具體協(xié)議內(nèi)容并不完全相同。比如，車(chē)內(nèi)以太網(wǎng)的100Mbps版本必須支持非屏蔽雙絞線，而千兆甚至以上的版本就需要特殊的線材和接頭。

　　以太網(wǎng)電路接口主要由物理層接口PHY芯片和MAC控制器兩大部分構(gòu)成。其中，大部分處理器(MCU)已包含MAC控制，而PHY作為獨(dú)立的芯片用來(lái)提供以太網(wǎng)的接入通道，起到連接處理器與通信介質(zhì)的作用。同時(shí)，PHY芯片的獨(dú)立性亦使得OEM或者控制器供應(yīng)商可自由選擇供應(yīng)商，由此也使得PHY芯片成為因車(chē)載以太網(wǎng)崛起所催生的全新汽車(chē)芯片賽道。以太網(wǎng)PHY主要應(yīng)用位置包括中央計(jì)算系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)以及IVI系統(tǒng)。除了在計(jì)算單元使用外，座艙部分也是大量使用，奔馳的S級(jí)座艙使用4片美滿(mǎn)的88EA6321，至少4個(gè)PHY。

　　汽車(chē)以太網(wǎng)Switch交換芯片主要用于傳感器、ADAS和IVI等系統(tǒng)，在中央網(wǎng)關(guān)和每一個(gè)分域網(wǎng)關(guān)也需要一個(gè)以太交換機(jī)，ADAS部分可能還需要一個(gè)PCIe交換機(jī)。據(jù)測(cè)算2020 年單車(chē)車(chē)載以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)約為6個(gè)。隨著車(chē)載以太網(wǎng)滲入率的提高和E/E架構(gòu)的進(jìn)展，未來(lái)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片的需求也將增加。

　　圖2、車(chē)載以太網(wǎng)的應(yīng)用

　　(2)USB

　　由于使用汽車(chē)的用戶(hù)設(shè)備上，擁有的USB接口特別普遍，因此車(chē)內(nèi)的MCU有時(shí)也需要提供USB2.0甚至USB3.0接口，實(shí)現(xiàn)符合USB標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸，以方便用戶(hù)使用。但是由于汽車(chē)電子電氣環(huán)境的特殊要求，車(chē)規(guī)級(jí)USB芯片需要支持不同的線纜，更好的抗干擾能力和更長(zhǎng)的傳輸距離。比如：可以通過(guò)以太網(wǎng)電纜、同軸電纜或標(biāo)準(zhǔn)USB電纜等各種電纜，以480Mbit/s的速度，將USB 2.0通信距離擴(kuò)展到50米。適用于擴(kuò)展USB2的應(yīng)用范圍：攝像頭，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、閃存驅(qū)動(dòng)器、播放器等。

　　(3)視頻傳輸

　　出于對(duì)智能化汽車(chē)視覺(jué)的需要，配備十多個(gè)高清攝像頭的車(chē)型已屢見(jiàn)不鮮，未來(lái)將有增無(wú)減，其中高清視頻傳輸芯片需要滿(mǎn)足視覺(jué)無(wú)損和極低延時(shí)需要，不僅應(yīng)用于視頻采集，也會(huì)應(yīng)用于視頻顯示。

　　LVDS(Low Voltage Differential Signaling，低電壓差分信號(hào))是一種低壓差分高速差分信號(hào)技術(shù)，是目前流行的車(chē)載高清視頻傳輸技術(shù)，國(guó)外公司主要通過(guò)高頻技術(shù)(如FPD Link)實(shí)現(xiàn)無(wú)損視頻傳輸，國(guó)內(nèi)有公司提供獨(dú)創(chuàng)國(guó)產(chǎn)化的低頻無(wú)損視頻壓縮傳輸技術(shù)具有顯著的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

　　圖3、LVDS應(yīng)用示意

　　LVDS信號(hào)傳輸一般由三部分組成：差分信號(hào)發(fā)送器，差分信號(hào)互聯(lián)器，差分信號(hào)接收器。差分信號(hào)發(fā)送器：將非平衡傳輸?shù)腡TL信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡傳輸?shù)腖VDS信號(hào)。差分信號(hào)接收器：將平衡傳輸?shù)腖VDS信號(hào)轉(zhuǎn)換成非平衡傳輸?shù)腡TL信號(hào)。

　　為了提高車(chē)內(nèi)電子模塊的集成度，適應(yīng)EE架構(gòu)由分布式向集中式架構(gòu)演變的趨勢(shì)，部分公司已經(jīng)開(kāi)始研制功能組合網(wǎng)絡(luò)功能的車(chē)規(guī)級(jí)芯片。比如：

　　(1)融合車(chē)規(guī)以太網(wǎng)和CAN、LIN的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊技術(shù)：

　　物芯科技的KD6630車(chē)規(guī)級(jí)高速高可靠通訊芯片，將以太網(wǎng)高速總線與CAN/LIN低速總線相融合，通過(guò)內(nèi)部獨(dú)立CAN交換子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了CAN/CAN_FD總線之間直接在硬件層進(jìn)行報(bào)文路由。KD6630 集成雙核800MHz通用CPU SOC系統(tǒng)(稱(chēng)為CMS子系統(tǒng))，采用28nm車(chē)規(guī)級(jí)工藝進(jìn)行流片，支持32Gbps線速交換能力，可靠性設(shè)計(jì)滿(mǎn)足AEC-Q100 Grade2，符合ISO26262:2018功能安全，并通過(guò)了CQC(中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心)的功能安全流程認(rèn)證及功能安全產(chǎn)品認(rèn)證。

　　(2)CAN/LIN SBC芯片：

　　因?yàn)長(zhǎng)IN和CAN節(jié)點(diǎn)處總是要有一顆MCU，因此給MCU供電的電源芯片(比如LDO或者DC/DC)可以和CAN或者LIN的收發(fā)器集成在同一顆芯片上，這樣汽車(chē)電子模塊的設(shè)計(jì)可以節(jié)省PCB板上的面積，同時(shí)可以提高系統(tǒng)集成性和可靠性。于是，這種芯片被產(chǎn)業(yè)內(nèi)通俗地稱(chēng)為SBC：即是System Base Chip的縮寫(xiě)，中文簡(jiǎn)稱(chēng)為系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片。

　　(3)可以透?jìng)鰿AN、LIN、車(chē)規(guī)以太網(wǎng)的總線型通訊技術(shù)：

　　北京君正的G.vn技術(shù)，可以支持總線帶寬約為110Mbps，節(jié)點(diǎn)數(shù)8-10個(gè)，通過(guò)非屏蔽雙絞線連接，最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)15米。

　　(4)AUTBUS芯片：

　　東土科技也于2020年正式量產(chǎn)了符合工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158 Type 28(AUTBUS)的寬帶總線芯片KY3001系列，該芯片采用55nm工藝制造設(shè)計(jì)，基于該芯片可構(gòu)建多達(dá)254個(gè)節(jié)點(diǎn)的線性或環(huán)形總線網(wǎng)絡(luò)，通信帶寬可達(dá)100Mbps@500m，數(shù)據(jù)分發(fā)周期最短為16微秒，并支持加密功能，基于AUTBUS虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多條總線以及車(chē)載以太網(wǎng)等多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合通信，可以在減少車(chē)載網(wǎng)絡(luò)布線和連接器的前提下，提高車(chē)載通信網(wǎng)絡(luò)帶寬，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。

　　3、有線通信芯片市場(chǎng)格局

　　(1)CAN/LIN芯片

　　CAN總線作為車(chē)內(nèi)成熟的通信總線，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外所有車(chē)型上廣泛使用，據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)分析，2019年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量完成了2572萬(wàn)輛，國(guó)內(nèi)汽車(chē)上的CAN通訊芯片就有將近30億元的市場(chǎng)。目前，按國(guó)內(nèi)每年2500萬(wàn)輛計(jì)算，CAN芯片需求量在12.5億顆，按全球汽車(chē)9000萬(wàn)輛，全球車(chē)載移動(dòng)終端需要CAN芯片數(shù)量保守超過(guò)45億顆。在國(guó)內(nèi)汽車(chē)市場(chǎng)，LIN芯片(包含單、多路)的年使用量大概在一億顆，每年用量的增長(zhǎng)CAGR大概在13%左右。CAN/LIN SBC芯片大約占CAN/LIN總市場(chǎng)的10%，恩智浦在這個(gè)產(chǎn)品分支依然是壟斷地位，其他廠商如德州儀器、微芯正在逐步提升市占率。

　　市場(chǎng)上主要CAN/LIN芯片供應(yīng)商是恩智浦、德州儀器、英飛凌、瑞薩、意法半導(dǎo)體和安森美等國(guó)外公司，國(guó)內(nèi)包括北京君正、芯力特等。恩智浦占據(jù)全球市場(chǎng)壟斷地位，在近年來(lái)的缺貨影響下，德州儀器和安森美采用價(jià)格策略，分走了恩智浦的部分中小型企業(yè)的份額，市占率有所提升。

　　(2)FlexRay

　　目前FlexRay總線芯片主要由恩智浦、瑞薩壟斷，其中恩智浦占據(jù)了全球90%的FlexRay總線收發(fā)器市場(chǎng)份額。由于各種技術(shù)原因和成本高昂，F(xiàn)lexRay在全球普及率并不高，目前的主要觀點(diǎn)為：車(chē)規(guī)以太網(wǎng)可能會(huì)取代FlexRay。因此，本文中對(duì)FlexRay芯片及其使用、市場(chǎng)不進(jìn)行展開(kāi)描述。

　　(3)MOST

　　MOST發(fā)射和接收模塊主要供應(yīng)商包括英飛凌等;MOST控制器芯片主要供應(yīng)商為SMSC/Oasis Silicon Systems。由于各種技術(shù)和成本原因，MOST在全球普及率并不高，目前的主要觀點(diǎn)為：車(chē)規(guī)以太網(wǎng)可以會(huì)取代MOST技術(shù)。因此，本書(shū)中對(duì)MOST芯片及其使用、市場(chǎng)不進(jìn)行展開(kāi)描述。

　　(4)以太網(wǎng)芯片

　　智能汽車(chē)滲透率提升疊加汽車(chē)對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度要求倍數(shù)增長(zhǎng)(百兆正在被千兆取代，而千兆將被2.5G/5G/10G取代)，以太網(wǎng)芯片有望迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升的局面，從車(chē)載以太網(wǎng)的滲透率來(lái)看，2020年滲透率約為10%，考慮到自動(dòng)駕駛對(duì)車(chē)載以太網(wǎng)的需求方面，到 2030年L3級(jí)別以上的自動(dòng)駕駛車(chē)輛將以車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)為主，滲透率有望達(dá)到50%。

　　整體來(lái)看，包含了PHY芯片和交換芯片的國(guó)內(nèi)車(chē)載以太網(wǎng)芯片市場(chǎng)的規(guī)模將從2020年的23億元增長(zhǎng)至2025年的293億元，對(duì)應(yīng)2020-25E期間66%的CAGR?？紤]到遠(yuǎn)期在ADAS、IVI系統(tǒng)中主要使用的是1G及以上的PHY芯片，未來(lái)隨著高速率PHY芯片占比的逐步提升，預(yù)計(jì)2025年，國(guó)內(nèi)的車(chē)用PHY芯片市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到156億元，相較于2020年的12億元體量，對(duì)應(yīng)66%的CAGR，市場(chǎng)空間充沛，潛力較大。根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)車(chē)載以太網(wǎng)Switch交換芯片市場(chǎng)情況，假設(shè)車(chē)載交換芯片均采用4口(即單車(chē)需求量為PHY芯片的1/4)，在批發(fā)采購(gòu)條件下，其ASP約為70元/個(gè);高速率產(chǎn)品占比的提升將帶動(dòng)其ASP在2021-25E年均增長(zhǎng)10%。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)的車(chē)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。

　　競(jìng)爭(zhēng)格局方面，PHY芯片技術(shù)門(mén)檻非常高，芯片設(shè)計(jì)時(shí)需要數(shù)?；旌?，既包含了高速ADC/DAC、高精度PLL等模擬設(shè)計(jì)，也需要濾波算法和信號(hào)恢復(fù)的DSP設(shè)計(jì)能力，全球恩智浦、博通、美滿(mǎn)、瑞昱、微芯、德州儀器六家供應(yīng)商能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)方面，華為已率先投資國(guó)內(nèi)為數(shù)不多致力于以太網(wǎng)芯片研發(fā)的企業(yè)裕太微電子，該公司選擇汽車(chē)領(lǐng)域這一全新以太網(wǎng)PHY芯片應(yīng)用場(chǎng)景作為著重發(fā)力點(diǎn)已初具成效，2020年車(chē)載100Base-T1PHY芯片在經(jīng)過(guò)各項(xiàng)車(chē)載測(cè)試驗(yàn)證后，已成功導(dǎo)入到各大國(guó)內(nèi)知名車(chē)廠平臺(tái)，公司目前正大力研發(fā)下一代車(chē)載PHY芯片，其中1000Base-T1PHY正在對(duì)接到下游廠商當(dāng)中。

　　以太網(wǎng)Switch交換芯片方面，主要有美滿(mǎn)、博通和恩智浦。微芯收購(gòu)的麥瑞和瑞昱也有一席之地。其他涉足車(chē)載以太網(wǎng)芯片的原廠有景略、亞信、朗銳芯、國(guó)科天迅、昆高新芯、伯碼科技、雄立科技等。

　　圖4、ADAS系統(tǒng)中以太網(wǎng)PHY芯片需求量測(cè)算

　　IVI信息娛樂(lè)系統(tǒng)中的PHY芯片用量：PHY芯片在IVI信息娛樂(lè)系統(tǒng)中部署于導(dǎo)航系統(tǒng)的功放、T-box等無(wú)線模塊中，以及娛樂(lè)信息顯示屏中。假設(shè)以太網(wǎng)在前裝導(dǎo)航系統(tǒng)和娛樂(lè)顯示屏的滲透率分別從2020年的5%/20%增長(zhǎng)到2025年的50%/80%。最終預(yù)計(jì)IVI系統(tǒng)中單車(chē)的PHY芯片用量將從2020年的0.2個(gè)/車(chē)增長(zhǎng)至2025年1.7個(gè)/車(chē)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求總量將達(dá)到0.54億個(gè)。

　　圖5、IVI系統(tǒng)中以太網(wǎng)PHY芯片需求量測(cè)算

　　(5)寬帶總線芯片

　　未來(lái)車(chē)載通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)包括了減少線束和提高通信帶寬，現(xiàn)有的車(chē)載總線技術(shù)盡管可以提供簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但通信帶寬和實(shí)時(shí)性滿(mǎn)足不了未來(lái)汽車(chē)的智能網(wǎng)聯(lián)化需求。在現(xiàn)有的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，為了實(shí)現(xiàn)更高帶寬，通常將多個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，然后由網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，這樣實(shí)際造成了線束成本和車(chē)身質(zhì)量的增加;同時(shí)，隨著車(chē)載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)升級(jí)，需要承載的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類(lèi)也越來(lái)越多，低速和高速總線數(shù)據(jù)，以及與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的融合，對(duì)于車(chē)載通信網(wǎng)絡(luò)提出更高帶寬以及更精確的時(shí)間敏感特性需求。

　　基于時(shí)間敏感技術(shù)的寬帶現(xiàn)場(chǎng)總線AUTBUS標(biāo)準(zhǔn)，是中國(guó)自2008年以來(lái)在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)IEC 61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系唯一成功立項(xiàng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合全球工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)先進(jìn)通信技術(shù)的數(shù)據(jù)融合預(yù)期，既具有總線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單可靠維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，也具有實(shí)時(shí)以太網(wǎng)高帶寬高實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)吸引了部分國(guó)際廠商的關(guān)注與跟進(jìn)，并具有完全自主可控優(yōu)勢(shì)。目前東土科技已經(jīng)完成了寬帶現(xiàn)場(chǎng)總線AUTBUS芯片KY3001系列的批量生產(chǎn)，并正在積極推動(dòng)AEC-Q100和ISO 26262相關(guān)認(rèn)證。通過(guò)引入AUTBUS芯片，可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有車(chē)載通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接，很容易實(shí)現(xiàn)與其他總線以及車(chē)載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的共網(wǎng)傳輸，有效降低車(chē)載網(wǎng)絡(luò)線纜成本，提高了通信帶寬，也增強(qiáng)了車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)處理能力，同時(shí)AUTBUS通信機(jī)制采用了具有糾錯(cuò)容錯(cuò)功能的編解碼方案，進(jìn)一步提高可通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，并支持可定制的加密功能，對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸提供安全通信保障。

　　(6)視頻傳輸芯片

　　汽車(chē)上用的視頻傳輸芯片，主要用于連接攝像頭和SOC，以及屏幕和SOC。因此，隨著汽車(chē)智能化的發(fā)展，其攝像頭和屏幕的個(gè)數(shù)都在顯著增加，需要的視頻傳輸芯片的個(gè)數(shù)也響應(yīng)的增多。由于車(chē)上用于視頻傳輸?shù)男酒蠛芨叩膶?shí)時(shí)性，因此非壓縮的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸技術(shù)為目前的主流應(yīng)用。比如德州儀器的FPD Link套片和美信的GMSL芯片，其點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸帶寬甚至可以達(dá)到5Gbps，8Gbps甚至更高的級(jí)別。

　　國(guó)內(nèi)有相關(guān)的芯片公司也提供此類(lèi)應(yīng)用芯片，比如瑞發(fā)科，基于他們積累多年的SerDes技術(shù)，自主創(chuàng)新的設(shè)計(jì)了其高頻和低頻LVDS視頻傳輸芯片，在提供可配置壓縮率的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)低延時(shí)的無(wú)損視頻壓縮，支持汽車(chē)智能駕駛對(duì)攝像頭延時(shí)的要求。其他涉足的芯片原廠有東芝、龍迅、慷智、聯(lián)陽(yáng)、迪威碼、瑞奇達(dá)等。

　　(7)GreenPHY芯片

　　GreenPHY芯片是歐洲、美國(guó)和韓國(guó)在充電汽車(chē)和充電樁上新推行的標(biāo)準(zhǔn)。目前全球能夠供貨的芯片公司為美國(guó)高通和北京君正，其他涉足的芯片原廠有格瑞威、聯(lián)芯通等。

　　(8)G.vn芯片

　　G.vn技術(shù)是基于國(guó)際電聯(lián)ITU標(biāo)準(zhǔn)的衍生技術(shù)，由北京君正擁有。目前向全球和國(guó)內(nèi)提供支持110Mbps總線速度的G.vn芯片，可用于同時(shí)透?jìng)鰿AN、LIN以及100Mbps的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

　　4、國(guó)產(chǎn)有線通信芯片發(fā)展情況

　　(1)CAN/LIN芯片

　　國(guó)產(chǎn)CAN/LIN/SBC芯片的研發(fā)起步較晚，因?yàn)檐?chē)規(guī)等級(jí)的芯片研發(fā)周期長(zhǎng)、難度大、成本高，而且單個(gè)芯片售價(jià)不高、單個(gè)客戶(hù)的采購(gòu)量不大，且客戶(hù)眾多而且分布廣泛。該市場(chǎng)的售價(jià)已經(jīng)被國(guó)外廠商掌握，因此大多數(shù)國(guó)內(nèi)公司更加關(guān)注于某一兩款特定芯片，以爭(zhēng)奪細(xì)分市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)通過(guò)能實(shí)現(xiàn)AEC-Q100能力的公司并不多，所以該類(lèi)產(chǎn)品留給國(guó)內(nèi)公司的市場(chǎng)空間巨大。

　　芯力特在國(guó)內(nèi)CAN/LIN芯片領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，是國(guó)內(nèi)第一家同時(shí)擁有車(chē)載CAN/LIN收發(fā)器芯片的模擬IC廠商，在汽車(chē)總線領(lǐng)域突破了耐壓、EMI、ESD等諸多技術(shù)瓶頸，積累了豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)并不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)迭代，其基于BCD工藝研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAN/LIN收發(fā)器通訊芯片，滿(mǎn)足車(chē)載市場(chǎng)和其它新興市場(chǎng)的應(yīng)用需求，打破國(guó)外壟斷。芯力特從2018年成功量產(chǎn)國(guó)內(nèi)第一款自主研發(fā)CAN總線收發(fā)器芯片以來(lái)，目前已陸續(xù)發(fā)布二十余款CAN/CAN FD/LIN收發(fā)器芯片，累計(jì)出貨量超1億顆，已在多家汽車(chē)主機(jī)廠及超200家Tier 1廠商上車(chē)驗(yàn)證和應(yīng)用。芯力特主要車(chē)載CAN、LIN產(chǎn)品型號(hào)見(jiàn)下表：

　　圖6、芯力特車(chē)載CAN、LIN產(chǎn)品列表

　　北京君正旗下的Lumissil品牌經(jīng)過(guò)若干年的研發(fā)，也將于2022年底推出第一款車(chē)規(guī)級(jí)CAN SBC IS32IO1163和LIN SBC IS32IO1028芯片，同步還在開(kāi)發(fā)其他CAN、LIN芯片。

　　(2)以太網(wǎng)

　　目前，車(chē)載以太網(wǎng)芯片市場(chǎng)份額集中于博通、恩智浦、美滿(mǎn)等國(guó)外企業(yè)。國(guó)內(nèi)方面，東土科技、景略半導(dǎo)體、裕太車(chē)通、物芯科技等公司已推出國(guó)產(chǎn)車(chē)載通信芯片。

　　在車(chē)載以太網(wǎng)PHY芯片領(lǐng)域，最常見(jiàn)的是博通、恩智浦和美滿(mǎn)，其他還有德州儀器、微芯、瑞昱、高通 ATHEROS。萬(wàn)兆以太網(wǎng)PHY基本上被美滿(mǎn)收購(gòu)的Aquantia壟斷。國(guó)內(nèi)目前也有部分車(chē)規(guī)級(jí)以太網(wǎng)PHY芯片開(kāi)始進(jìn)入大眾視線，如物芯科技的KD3001、景略半導(dǎo)體的JL3xx1、裕太車(chē)通YT8010A、YT8011A等。

　　在以太網(wǎng)Switch交換芯片領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)，目前有物芯科技的KD6630車(chē)規(guī)級(jí)高速高可靠通訊芯片，裕太車(chē)通的8口車(chē)載千兆以太網(wǎng)交換機(jī)芯片YT83188等。

　　(3)寬帶總線芯片

　　目前東土科技已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了寬帶總線芯片的量產(chǎn)，主要包括KY3001/KY3001LR/KY3001LRS系列。該芯片提供雙CPU架構(gòu)，以及豐富的外設(shè)接口，對(duì)于現(xiàn)有或未來(lái)的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合與業(yè)務(wù)擴(kuò)展應(yīng)用。

　　(4)USB芯片

　　瑞發(fā)科憑借成熟的USB2.0延長(zhǎng)技術(shù)及其在專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)的成果，使得國(guó)產(chǎn)化Automotive USB芯片成功拓展到車(chē)載應(yīng)用。由于完全兼容標(biāo)準(zhǔn)USB2.0設(shè)備，在物理層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通過(guò)專(zhuān)利技術(shù)將USB2.0的DC耦合信號(hào)變?yōu)锳C耦合信號(hào)后進(jìn)行編解碼，極大增強(qiáng)抗共模干擾能力，提高可靠性，傳輸距離可達(dá)30米。其傳輸機(jī)制保證零延時(shí)，并以自動(dòng)均衡技術(shù)，支持自適應(yīng)線纜長(zhǎng)度、類(lèi)型及長(zhǎng)期使用后的電特性變化。目前Automotive USB芯片有NS1021和NS1021E兩種，后者封裝更小，應(yīng)用更靈活。

　　(5)視頻傳輸芯片

　　瑞發(fā)科是國(guó)產(chǎn)車(chē)載高清視頻傳輸芯片的提供者，所擁有LVDS SerDes技術(shù)具有數(shù)字高清視頻遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸、低功耗、低成本，及易于未來(lái)升級(jí)等優(yōu)勢(shì)，其低頻LVDS芯片得到眾多國(guó)內(nèi)和國(guó)際行業(yè)知名廠商認(rèn)可和采用，在許多智能車(chē)型上處于前裝量產(chǎn)與前裝定點(diǎn)階段，未來(lái)量產(chǎn)值得期待。

　　瑞發(fā)科作為車(chē)載LVDS SerDes和Automotive USB芯片組的提供者，擁有世界領(lǐng)先的高速模擬及混合電路設(shè)計(jì)技術(shù)以及核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備實(shí)現(xiàn)車(chē)載國(guó)產(chǎn)化芯片的“自主”能力。由于完全采用正向設(shè)計(jì)，堅(jiān)持自有專(zhuān)利布局與保護(hù)，符合國(guó)家和主機(jī)廠自主創(chuàng)新及專(zhuān)利零風(fēng)險(xiǎn)要求。通過(guò)不斷地積累自有IP核心，積極參加行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織，自主選擇Foundry/封測(cè)廠，與國(guó)外競(jìng)品芯片功能兼容，力求全面滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)上車(chē)應(yīng)用需求。

　　自2012年率先推出USB3.0-SATA橋接芯片，在國(guó)內(nèi)率先通過(guò)USB IF/USB 3.0和微軟WHQL官方認(rèn)證，又經(jīng)Apple MFi認(rèn)證而成為行銷(xiāo)全球“蘋(píng)果“iPhone/iPad系列存儲(chǔ)類(lèi)外設(shè)產(chǎn)品的USB3.0主控芯片?；谄渖詈竦腟erDes技術(shù)積淀，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)數(shù)字視頻傳輸AVT技術(shù)(Advanced Video Transport)，

　　大量應(yīng)用于云視頻會(huì)議、教育數(shù)字錄播、大屏幕拼接、集中式機(jī)房和網(wǎng)咖延長(zhǎng)器等系統(tǒng)。面向車(chē)載視頻系統(tǒng)應(yīng)用所開(kāi)發(fā)基于AVT技術(shù)的LVDS SerDes & ISP芯片組及其解決方案，性能優(yōu)越且穩(wěn)定可靠，為汽車(chē)智能化承擔(dān)高清視頻傳輸重任。

　　量產(chǎn)中的LVDS SerDes芯片組為NS2520/NS2521,即Tx發(fā)送和Rx接收芯片，可傳輸1080p60視頻，壓縮率2至30倍可配置，其中10倍壓縮率下小于-40dB視覺(jué)損失，遠(yuǎn)小于ISP對(duì)圖像的影響，滿(mǎn)足ADAS視頻分析算法要求。傳輸延時(shí)小于1.6毫秒@60Hz。

　　(6)GreenPHY芯片

　　北京君正目前向全球和國(guó)內(nèi)出貨的GreenPHY芯片為工業(yè)級(jí)(用于充電樁)，其車(chē)規(guī)級(jí)版本計(jì)劃于2023年初提供。使用GreenPHY芯片可以幫助國(guó)內(nèi)各類(lèi)電動(dòng)車(chē)廠商出口歐洲、美國(guó)和韓國(guó)符合當(dāng)?shù)氐某潆娊涌跇?biāo)準(zhǔn)。

　　(7)G.vn芯片

　　北京君正目前向全球和國(guó)內(nèi)提供支持110Mbps總線速度的G.vn芯片，可用于同時(shí)透?jìng)鰿AN、LIN以及100Mbps的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

　　來(lái)源：中國(guó)汽車(chē)芯片聯(lián)盟