汽车以太网发明人押宝SerDes！一文详解车载SerDes技术

原创谈思汽车 2024-03-08 10:44

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SerDes，即Serializer（串行器）和Deserializer（解串器）的简称，是一种高速串行数据传输技术。

其工作原理类似于书籍翻页：将一本厚重的书分解成一页一页的内容，依次翻阅并重新组合。如下图所示，SerDes将多个并行数据信号拆分为较小的数据块，并以串行方式进行传输，然后在接收端将这些数据块重新组合成完整的并行数据。

SerDes可分为不同的架构协议，而常被业界成为LVDS（Low Voltage Differential Signal）的接口则是SerDes中最常用的硬线接口，具有高速率（Gbps级）、低延迟、低功耗等特点，主要用于传输摄像头和Display视频信号，从而被广泛应用在电信、消费类电子产品、数据中心和云计算等领域。

近年来，随着新能源汽车对摄像头的广泛应用，SerDes技术逐渐被引入车端，用于从摄像头到ECU之间的长距离数据传输。

车载应用带来的新要求

在SerDes流行之前，车载芯片之间是通过系统同步或源同步并行接口来传输数据的。有了SerDes芯片，就可以减少布线冲突，同时具有抗噪声、抗干扰能力强、降低开关噪声；扩展能力强；更低的功耗和封装成本等优势。

SerDes芯片的主要作用是把高速数据从车内的一个位置传输到另一个位置，例如把车前的摄像头或雷达采集的数据传输到主控芯片进行分析，或者把主控芯片的内容传输到驾乘员座位处的显示屏进行显示。

目前常见的SerDes，车端基本在2Gb/s以上，通信用SerDes已经达到100-200Gb/s。

从传输速率角度，车载应用的SerDes产品难度较低，更多的是对整体产品的可靠、稳定、安全提出了新的要求。

①抗干扰性能：车载SerDes需要具备更强的抗干扰性能，能够在车辆行驶过程中稳定传输数据，不受外界干扰影响。这是因为车载环境中存在大量的电磁干扰源，如引擎、电动机、无线电通信设备等。

②可靠性：车载SerDes需要具备更高的可靠性，以确保车辆行驶过程中数据传输的稳定性和可靠性。这是因为车载环境中存在复杂的道路条件、温度变化、震动等因素，对数据传输设备的可靠性提出了更高的要求。

③低功耗：车载SerDes需要具备低功耗的特点，以降低车辆系统的能耗，延长电池寿命。相比之下，一般的SerDes功耗相对较高。

④延迟和带宽：随着汽车内部电子系统的复杂性增加，对延迟和带宽的需求也在不断提高。例如，在自动驾驶汽车中，需要实时传输大量高清视频和传感器数据。因此，车载SerDes需要具备低延迟和高带宽的能力，以满足对实时性和数据处理能力的要求。

⑤灵活性和可扩展性：主机厂对车辆内部布线和电子系统的灵活性和可扩展性有着不同的需求。车载SerDes应具备可配置的特性，以适应不同车型和配置的需求。同时，它还应支持多种接口和协议标准，以便与现有的汽车电子系统无缝集成。

车载SerDes芯片应用现状及困境

目前，行业内常用的车载SerDes芯片方案主要为：德州仪器（TI）的FPD-Link、美信半导体（Maxim）的GMSL、慷智集成电路（上海）有限公司（AIM）（以下简称为慷智）的AHDL、Inova Semiconductors的APIX以及罗姆（Rohm）的Clockless Link等紧随其后。

其中，德州仪器（TI）和美信半导体（Maxim）占据了全球车载显示SerDes与车载摄像头SerDes市场的95%。在高筑的技术壁垒下，能够实现国产突破的本土玩家屈指可数。

究其原因，行业专家分析指出，一方面是国内相关技术起步较晚，不只是车载SerDes芯片，整个半导体产业制备工艺远远落后；其次是人才匮乏；三是车载SerDes芯片较工规芯片而言，要求更加严苛，包括车载的电磁环境、工作温度环境、PPM等，且对于寿命、安全性、可靠性要求更高。

不过，随着近几年一步步攻克技术难关，我国本土车载SerDes供应商也开始崭露头角。如受到小米集团、合创资本等产业资本看好的慷智，再如瑞发科半导体，以及联合景略半导体共同研发的韦尔股份等。

除了技术壁垒的限制，车载SerDes面对的困境还有一点，那就是当下的汽车应用中使用的SerDes解决方案都是专用的，每家都有自己的协议。简单来说，你现在用的是TI的方案ADAS控制器，搭配的sensor 端就不能用Maxim的方案。

而一旦使用了某家的方案，未来的平台更新升级存在严重的依赖性。更大的问题是买东西的人失去了随意挑选的权利，有种被绑架的感觉，这事OEM怎么能忍？

标准联盟崛起

为打破这一掣肘，宝马集团联合大陆集团、恩智浦（NXP）等汽车、半导体领域巨头，在2019年成立了ASA(Automotive SerDes Alliance)联盟，旨在制定统一的标准。

目前已经有36个厂商陆续加入联盟。不过，前面提到的几家头部企业暂时还没有加入。ASA已陆续制定了自己的规范和协议，至于产品什么时候出来，还需静观其变。

此外，还有由多家半导体企业于2018年成立的MIPI AWG（Automotive Working Group），专注于提供有关要求的输入和协调，以确保MIPI满足汽车行业的需求。

MIPI AWG完成了A-PHY的需求收集过程，A-PHY是针对自动驾驶系统、ADAS和其它环视传感器应用的物理层规范（最长15m）。随着A-PHY开发已经开始达到12-24Gbps，需求收集已经开始支持更高的速度，包括超过48Gbps的显示器和其它应用。

据MIPI联盟称，2019年底开发人员就可以开始使用A-PHY v1.0了。MIPI联盟预测第一批使用A-PHY组件的车辆会在2024年投产。

SerDes协议：私标与公标

车载SerDes按照协议的分类，主要分为私有标准和公有标准。像上文提及的TI、ADI等企业专用的标准均为私标，或者说企业标准，由ASA和MIPI等组织牵头制定的则是公标，目前已知的车载SerDes公标有三个：

ASA联盟发布的ASA标准，目前PHY层的最新版本为V1.01；
MIPI组织发布的A-PHY标准，目前最新版本是2023年5月24日发布的V1.1.1
中国汽标委发布的HSMT标准，目前最新版本是2023年5月24日发布的征求意见稿

私标与公标的最大区别在于：

私标是某企业自己制定的接口标准，标准内容不对外公布，加串芯片和解串芯片必须使用同一家公司的芯片。
公标则是多个企业联合起来制定的接口标准，标准内容至少要对联合组织内的所有公司进行公开

目前，几乎垄断全球市场份额的Maxim和TI公司均为私标，不过，随着公标产品的逐步推出，私标与主机厂博弈的利益天平也将逐步向车企倾斜。原因主要有两点：一是车厂有充足的动力打破私有协议主导的市场格局；二是公有标准生态正处于起步阶段，一旦进入拐点会加速成熟，五年内有机会成为主流技术路线。

由于ASA标准发展速度较慢，从目前国产芯片的研发情况和车厂对标准的认同程度来看，国内主要竞争体现在HSMT和MIPI A-PHY。这两者在技术标准、抗干扰性、工艺节点、芯片复杂度和启动时间等方面存在差异。

车载SerDes VS 汽车以太网

随着整车电子架构集中化的趋势愈发明确，高带宽数据传输需求，正在成为下一代整车电子架构的刚需，也是架构规划的关键一环。

这其中，汽车以太网是目前市场的主流选择，SerDes (ASA)、SerDes (MIPI A-PHY)也在被不少企业作为选择方案。前者可以提供3.6到13Gbps的带宽能力，后者可以提升至16Gbps以上，主要应对传感器、显示屏与域控制器的数据交互。

牵头成立ASA的宝马集团就认为，SerDes是必要的和正确的技术，尤其是面向ADAS多传感器的数据连接（非对称数据点对点），而以太网是一种适合其他应用的网络通讯技术。

值得注意的是，宝马也是全球第一个将以太网技术引到汽车工业的企业。现如今，宝马又开始押宝SerDes，其中很大的考量在于汽车以太网的数据吞吐要略低于LVDS，这意味着，视频等图像信息需要解压缩，从而增加了延迟的问题。

不过，相对比汽车以太网，SerDes的成本确实更高，而成本对于汽车制造商来说，往往是优先考虑的关键问题之一。

在业内人士看来，拥有一个具有成本效益和性能优化的车载网络架构来支持智能座舱、自动驾驶等主要应用是一个关键的挑战，行业正在寻找正确的解决方案。

对于这一难题，4月11日-12日，由谈思实验室和谈思汽车联合主办的「第五届中国国际汽车以太网峰会」上，来自宝马集团的高级专家，同时也是汽车以太网发明人之一、OPEN Alliance首任主席、《汽车以太网》第一作者的Kirsten Matheus博士将要发表的《结合SerDes和以太网技术，实现汽车高速通信》这一主题演讲，或将给到业内人士一些技术启示和实践方向。

此外，联合宝马集团共同牵头成立ASA的恩智浦半导体（NXP），也将参与本次大会，并带来硬核演讲与技术方案。敬请期待。