车载以太网向着高带宽、多端口演进，相关芯片市场快速增长

智能汽车电子与软件 2023-08-04 16:50

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来源：佐思汽车研究

根据通信连接形态的不同，汽车通信应用分为无线通信和有线通信。

汽车通信应用示意图

来源：汽车知识栈

汽车电子电气系统是以通信网络为载体，将车内电子设备通过线束连接在一起。随着汽车E/E架构的演进和车内功能的复杂度提升，汽车中的传感器数量不断增加，导致车载数据量激增，这对整车实时通信和数据处理能力有了很高的要求。因此，高带宽、低时延、高可靠性的车载以太网会更适合未来E/E架构的长期演进以及高速车内通信需求。

在Zonal架构中，实现功能集中化之后，车内ECU大量减少。此时，中央计算平台对控制器的算力要求极高，而对区域控制器的算力要求相对较低。为了满足车内功能安全的要求、中央与区域控制器之间大量的数据传输迁移以及软件算法的交互，车载以太网将成为Zonal架构中的数据主干链路。

随着汽车E/E架构的演进，车载以太网（图中红线）将成为骨干网络

注：1TPCE指“1个双绞线的百兆以太网”；

RTPGE指“简化的双绞线千兆以太网”。

来源：Keysight

当以太网作为未来汽车的车载骨干网络时，各区域控制器之间的信息交互通过以太网交换机来实现。目前Marvell、Broadcom、恩智浦等车载网络通信芯片厂商纷纷提出下一代网络架构。

Aquantia未来ADAS系统的车载网络架构

来源：Marvell

以Aquantia（已被Marvell收购）预测未来ADAS系统的车载网络架构为例，其中有两个中央计算单元(GPU/CPU)，通过三个交换机来连接所有的摄像机和传感器，全车采用以太网连接。每一个传感器都需要部署一个PHY芯片，每个交换机节点也需要配置若干个PHY 芯片，以输入从传感器端传输过来的数据。车载以太网涉及到冗余备份设计，需要硬件功能做到主备或并行处理，来自摄像头和传感器的数据被发送到一个中央计算单元中，而另一个中央计算单元则用作备份，在第一个单元发生故障时接管汽车的控制权。

车载以太网向着高带宽、多端口方向演进

车载以太网芯片主要包括物理层接口PHY芯片和以太网交换机芯片。PHY芯片主要基于物理层进行数/模信号的转换，而不对数据进行处理；交换机芯片是基于数据链路层对传输数据做处理，包括数据包的快速转发和交换、过滤和分类。

随着汽车E/E架构演进，车载以太网芯片的渗透率不断提升，中国车载以太网芯片市场快速增长。以PHY芯片市场为例，当前车载以太网PHY芯片的主要应用于中央计算系统、ADAS系统及IVI系统等领域，按照各系统单车PHY芯片平均用量以及PHY芯片均价测算，2022年中国乘用车市场车载以太网PHY芯片市场规模为58亿元。未来随着车内以太网进一步向车内其他领域渗透，单车芯片用量不断增多，且高速率PHY芯片的占比逐步提升，会抵消单一型号芯片价格的下降。预计到2025年，中国乘用车市场的车载以太网PHY芯片市场规模将达到218.7亿元。

车载以太网向着高带宽、多端口方向演进

来源：以太网联盟

汽车E/E架构的演进方向和速度影响着未来车载以太网的发展方向和速度，为了能够跟上自动驾驶技术的高速发展，满足智能座舱内的多功能交互等数据传输需求，未来车载以太网将往高带宽、多端口配置的方向发展。

自动驾驶推动10G+车载以太网的发展

智能汽车的自动驾驶技术越来越成熟，汽车对于巨量数据传输的实时性和灵敏度的要求也越来越高。此外，自动驾驶上路还会有巨量数据存储的需求，要想实现摄像头、激光雷达等传感器的高清数据被实时存储起来，对车内网络带宽的要求就会更高。

自动驾驶级别越高，车内通信对高速率网络的需求就越大。L3以上的自动驾驶需求，车内网络就会开始大量引入2.5/5/10G车载以太网。而到最后L4/L5的自动驾驶汽车，车内以太网的数量还会增加，很多都会引入10G+的标准。因此，高速车载以太网是实现L3以上自动驾驶必不可少的需求。

绝大多数主流或新势力车企已经提前布局了“中央集中式”的E/E架构，并且车型量产将集中在2023-2025年量产落地，要想在2025年实现Zonal架构，10G的带宽是必须的。而在万兆级车载以太网芯片市场，目前能提供10G+的以太网交换机厂商只有Marvell和博通两家。

Marvell 中央汽车以太网交换机Q6223框图

来源：Marvell

2023年6月，Marvell推出了Brightlane Q622x系列中央汽车以太网交换机，这款以太网交换机是专门为汽车Zonal架构而设计。其中区域交换机将来自汽车物理区域内的设备（如处理器、传感器、执行器和存储系统等）的流量聚合到一起，通过高速以太网连接至中央计算交换机实现信息交互。

Brightlane Q622x系列交换机是单芯片设备，具体包含了Q6222和Q6223两款产品：

Brightlane Q6223带宽达90 Gbps，几乎是当前可用汽车交换机容量的2倍。采用非阻塞12端口设计，可以从8个集成10GSerDes端口、4个集成2.5G SerDes端口和2个可用的集成1000Base-T1 PHY中进行配置；

Brightlane Q6222包含9个60 Gbps端口，以及有5个集成10G SerDes端口、4个集成2.5G SerDes端口和2个集成1000Base-T1 PHY可供选择。

车载以太网端口数量随着汽车E/E架构的演进而增加

随着汽车E/E架构演进，车载以太网渗入率逐渐提高，未来以太网节点芯片的需求也将增加，智能汽车单车以太网端口将超过100个。

但到目前为止，量产的车里面带以太网的端口数都不是太多，基本上都是用在IVI系统、车载通信系统、网关和域控制器等子系统上，还未形成以以太网为骨干的整车级网络架构。未来随着Zonal架构车型的量产落地，车载以太网在整车网络通信架构中的用量将大幅上升，此时，车内车载以太网的通信端口数量也会随之增加。

芯片厂商方面，包括博通、恩智浦等国际大厂发出的新产品或更新迭代产品中，其通信端口数也呈现越来越多的趋势。

部分车载以太网相关芯片供应商产品端口数对比

来源：佐思汽研《2023年汽车车内通信及网络接口芯片行业研究报告》

2022年5月，博通推出了一款高带宽单片汽车以太网交换机设备BCM8958X，这款交换机共有16个以太网端口，其中有6个具有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

来源：博通官网

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