車內通信芯片研究：車載以太網向著高帶寬、多端口演進，相關芯片市場快速增長

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來源：汽車知識棧

隨著汽車E/E架構的演進，車載以太網（圖中紅線）將成為骨干網絡

注：1TPCE指“1個雙絞線的百兆以太網”；

RTPGE指“簡化的雙絞線千兆以太網”。

來源：Keysight

當以太網作為未來汽車的車載骨干網絡時，各區域控制器之間的信息交互通過以太網交換機來實現。目前Marvell、Broadcom、恩智浦等車載網絡通信芯片廠商紛紛提出下一代網絡架構。

Aquantia未來ADAS系統的車載網絡架構

來源：Marvell

以Aquantia（已被Marvell收購）預測未來ADAS系統的車載網絡架構為例，其中有兩個中央計算單元(GPU/CPU)，通過三個交換機來連接所有的攝像機和傳感器，全車采用以太網連接。每一個傳感器都需要部署一個PHY芯片，每個交換機節點也需要配置若干個PHY 芯片，以輸入從傳感器端傳輸過來的數據。車載以太網涉及到冗余備份設計，需要硬件功能做到主備或并行處理，來自攝像頭和傳感器的數據被發送到一個中央計算單元中，而另一個中央計算單元則用作備份，在第一個單元發生故障時接管汽車的控制權。

車載以太網芯片主要包括物理層接口PHY芯片和以太網交換機芯片。PHY芯片主要基于物理層進行數/模信號的轉換，而不對數據進行處理；交換機芯片是基于數據鏈路層對傳輸數據做處理，包括數據包的快速轉發和交換、過濾和分類。

隨著汽車E/E架構演進，車載以太網芯片的滲透率不斷提升，中國車載以太網芯片市場快速增長。以PHY芯片市場為例，當前車載以太網PHY芯片的主要應用于中央計算系統、ADAS系統及IVI系統等領域，按照各系統單車PHY芯片平均用量以及PHY芯片均價測算，2022年中國乘用車市場車載以太網PHY芯片市場規模為58億元。未來隨著車內以太網進一步向車內其他領域滲透，單車芯片用量不斷增多，且高速率PHY芯片的占比逐步提升，會抵消單一型號芯片價格的下降。預計到2025年，中國乘用車市場的車載以太網PHY芯片市場規模將達到218.7億元。

車載以太網向著高帶寬、多端口方向演進

來源：以太網聯盟

汽車E/E架構的演進方向和速度影響著未來車載以太網的發展方向和速度，為了能夠跟上自動駕駛技術的高速發展，滿足智能座艙內的多功能交互等數據傳輸需求，未來車載以太網將往高帶寬、多端口配置的方向發展。

智能汽車的自動駕駛技術越來越成熟，汽車對于巨量數據傳輸的實時性和靈敏度的要求也越來越高。此外，自動駕駛上路還會有巨量數據存儲的需求，要想實現攝像頭、激光雷達等傳感器的高清數據被實時存儲起來，對車內網絡帶寬的要求就會更高。

自動駕駛級別越高，車內通信對高速率網絡的需求就越大。L3以上的自動駕駛需求，車內網絡就會開始大量引入2.5/5/10G車載以太網。而到最后L4/L5的自動駕駛汽車，車內以太網的數量還會增加，很多都會引入10G+的標準。因此，高速車載以太網是實現L3以上自動駕駛必不可少的需求。

絕大多數主流或新勢力車企已經提前布局了“中央集中式”的E/E架構，并且車型量產將集中在2023-2025年量產落地，要想在2025年實現Zonal架構，10G的帶寬是必須的。而在萬兆級車載以太網芯片市場，目前能提供10G+的以太網交換機廠商只有Marvell和博通兩家。

Marvell 中央汽車以太網交換機Q6223框圖

來源：Marvell

2023年6月，Marvell推出了Brightlane Q622x系列中央汽車以太網交換機，這款以太網交換機是專門為汽車Zonal架構而設計。其中區域交換機將來自汽車物理區域內的設備（如處理器、傳感器、執行器和存儲系統等）的流量聚合到一起，通過高速以太網連接至中央計算交換機實現信息交互。

Brightlane Q622x系列交換機是單芯片設備，具體包含了Q6222和Q6223兩款產品：

Brightlane Q6223帶寬達90 Gbps，幾乎是當前可用汽車交換機容量的2倍。采用非阻塞12端口設計，可以從8個集成10GSerDes端口、4個集成2.5G SerDes端口和2個可用的集成1000Base-T1 PHY中進行配置；

Brightlane Q6222包含9個60 Gbps端口，以及有5個集成10G SerDes端口、4個集成2.5G SerDes端口和2個集成1000Base-T1 PHY可供選擇。

隨著汽車E/E架構演進，車載以太網滲入率逐漸提高，未來以太網節點芯片的需求也將增加，智能汽車單車以太網端口將超過100個。

但到目前為止，量產的車里面帶以太網的端口數都不是太多，基本上都是用在IVI系統、車載通信系統、網關和域控制器等子系統上，還未形成以以太網為骨干的整車級網絡架構。未來隨著Zonal架構車型的量產落地，車載以太網在整車網絡通信架構中的用量將大幅上升，此時，車內車載以太網的通信端口數量也會隨之增加。

芯片廠商方面，包括博通、恩智浦等國際大廠發出的新產品或更新迭代產品中，其通信端口數也呈現越來越多的趨勢。

部分車載以太網相關芯片供應商產品端口數對比

來源：佐思汽研《2023年汽車車內通信及網絡接口芯片行業研究報告》

2022年5月，博通推出了一款高帶寬單片汽車以太網交換機設備BCM8958X，這款交換機共有16個以太網端口，其中有6個具有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

來源：博通官網

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