以太網（Ethernet，IEEE 802.3標準)應用市場廣闊，自1973年誕生以來，已有40多年的發(fā)展歷程。由于其技術成熟、標準化程度高、帶寬高、成本低等諸多優(yōu)點，已成為當今信息世界最重要的基礎設施，涵蓋家庭網絡和用戶終端、企業(yè)和公園網絡、運營商網絡、大型數據中心和服務供應商等應用領域，在全球范圍內形成了以太網生態(tài)系統(tǒng)。所有需要通過以太網通信的智能終端都可以選擇以太網物理層芯片(PHY芯片)及相關設備進行通信。

選擇星形拓撲或線性總線作為以太網協(xié)議，這是IEEE。 OSI是基于802.3標準的（Open System Interconnection）以太網協(xié)議在七層(物理層、數據鏈路層、傳輸層、傳輸層、對話層、表示層和網絡層)網絡架構中的物理層和數據鏈路層工作。在邏輯鏈接控制層和介質密鑰管理中，以太網將數據鏈路層的功能分為兩個不同的子層。（Media Access Control，MAC）層。

本論文主要關注物理層，OSI物理層規(guī)范規(guī)定了與傳輸介質相關的設備標準，主要包括機械特性、電氣特性和功能特性。機械特性是指連接器的尺寸、導線數量、導線排列順序、固定方法和材料等機械性能指標。電氣特性是指介質、接口電壓和電流指標；功能特性是指物理層設備需要實現的功能，如如何處理數據流，使用哪種編碼方法，以及規(guī)定的幀格式。

按照以太網聯(lián)盟建立的路線圖，將以太網應用分為工業(yè)自動化、車載以太網、企業(yè)應用、通信運營商、數據中心五大類。具體來說，包括通信網絡(路由器、交換機、無線終端、中繼器)、智能設備(機頂盒、LED顯示屏、網絡打印機、智能電視)、工業(yè)控制(礦業(yè)、工業(yè)相機等)。)、監(jiān)控系統(tǒng)(安全攝像頭)、輔助駕駛、智能網絡連接、攝像頭、激光雷達、駕駛記錄儀等。

PHY芯片是互聯(lián)網的關鍵。

以太網物理層芯片（PHY）在OSI網絡七層架構的底層工作，為了實現不同設備之間的連接，有線傳輸通信芯片。具體來說，PHY芯片將數據鏈路層的設備連接到物理媒體，為設備之間的數據通信提供傳輸媒介，正確發(fā)送和接收信號。

CPU通常由網絡通信接口組成、物理層接口的MAC控制器和接口（PHY）組成部分，PHY融合了多種模擬電路，MAC是全數字設備。它們通常有三種集成結構：1、MAC和PHY集成在CPU內部，這種情況比較少見；2、MAC集成在CPU內部，PHY是一種獨立芯片，比較常見；3、MAC和PHY不集成CPU，MAC和PHY選擇單個芯片或集成芯片。

在IC設計行業(yè)，PHY芯片的研發(fā)門檻相對較高，因為PHY芯片應該將模擬信號轉換成模擬信號，并將其發(fā)送到通信介質。同時，模擬信號應從接收到的模擬信號中恢復，然后傳輸到上層芯片處理。所以，PHY芯片是一個復雜的數?；旌舷到y(tǒng)，其中包含了高性能SerDes、ADC/DAC、AFE設計，如高精度PLL，也包括DSP設計，如濾波算法和信號恢復，其中，模擬電路主要從事模擬信號與模擬信號之間的轉換，數字電路負責模擬信號的處理，實現降噪、影響抵消、平衡、時鐘恢復等功能。因此，這種芯片研發(fā)需要強大的數字、模擬、算法等技術經驗，產品設計團隊需要高效的合作，這是普通工程師無法完成的。

新時期，新應用

近年來，各種數字智能終端大規(guī)模普及，通信、計算、存儲、監(jiān)控等多種應用程序逐步與網絡相結合。

根據IDC預測，未來三年，全球計算率將以超過50%的速度增長，到2025年，整體規(guī)模將達到3300EFlops，到2025年，全球物聯(lián)網設備數量將超過400億臺，產生的信息量將接近80ZB，超過一半的數據需要依靠終端或邊緣的計算能力來處理。

作為應用最廣泛的局域網傳輸技術，以太網在傳輸可靠性和穩(wěn)定性方面具有明顯的優(yōu)勢，可以為物聯(lián)網設備、操作系統(tǒng)和軟件運行提供基本的傳輸層。隨著物聯(lián)網和人工智能的發(fā)展，以太網的應用將在現有的基礎上不斷擴大。

隨著各種應用信息量的井噴式增長，PHY芯片作為以太網傳輸的基礎芯片，其市場規(guī)模也在不斷上升。

根據中國汽車技術研究中心的預測，2022~2025年，全球以太網PHY芯片市場規(guī)模將保持25%以上的復合增長，到2025年，預計將超過300億元。

汽車市場是重點突破方向

伴隨著以新能源汽車為代表的當代汽車向電氣化、網絡化、智能化方向發(fā)展，傳統(tǒng)汽車使用的總線（CAN、LIN、FlexRay、MOST）以太網在汽車應用中的優(yōu)勢逐漸顯現，在成本和功能上越來越不能滿足現代汽車的需求。在新能源汽車智能化發(fā)展趨勢的推動下，汽車以太網PHY芯片有望實現大規(guī)模應用。

以下是汽車以太網優(yōu)勢的主要表現。

現代汽車中使用的電子控制和通信系統(tǒng)越來越多，如發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、自動變速箱控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)等（ABS）、自動化巡航系統(tǒng)（ACC）以及車載多媒體系統(tǒng)等。大量的數據交換需要在這些系統(tǒng)、系統(tǒng)和車輛的數據儀表、系統(tǒng)和汽車故障診斷系統(tǒng)之間進行。在這種情況下，點對點連接和信息傳輸技術不能用導線進行，因為安裝非常復雜，故障率會很高。此時，需要使用汽車總線。

汽車總線是一種通信網絡，用于車載網絡中的底層設備和儀表互聯(lián)，是車配網絡和車載設備控制系統(tǒng)的集成。

雖然傳統(tǒng)汽車總線LIN和CAN的市場份額相當可觀，但其傳輸速度已不能滿足電氣設備日益增加的要求。雖然MOST總線的傳輸速度有了很大的提高，但其環(huán)形拓撲結構阻礙了整車的普及。FlexRay總線具有優(yōu)異的傳輸速度、循環(huán)冗余網絡拓撲結構和同步能力。然而，FlexRay網絡的負載率和難以達到預期的傳輸速度、昂貴的價格等因素使得它只能用于信息娛樂系統(tǒng)。

另外，汽車內部的電子電器（E/E）單車ECU數量已從20-30個增加到100多個，部分車型的線束長度已達2.5公里，部分車型的線束長度已達2.5公里，E/E架構已經不能滿足汽車智能時代的發(fā)展需求。因此，汽車網絡向域控制和集中控制轉變的趨勢越來越明顯，總線也需要向高帶寬發(fā)展。

在過去以太網技術的基礎上，車載以太網進行了一系列的優(yōu)化和改進，使其更符合車內通信的需要。

根據車內通信需求，車載以太網開發(fā)了一種新型的局域網技術，將車內電子單元與以太網連接起來。車載以太網技術是近年來以太網技術發(fā)展的重要方向之一，它率先應用于智能駕駛和智能駕駛艙，并在未來逐步取代整車通信技術。

與其他總線相比，線束輕量化是以太網的另一大優(yōu)勢。減輕汽車自重是節(jié)能的基本方法，選擇輕質材料是實現汽車輕量化最有效的方法。線束的復雜性使其成為汽車結構中僅次于底盤和發(fā)動機的第三重部件。一些傳統(tǒng)的總線電纜很重，需要額外的屏蔽來保證它們不受干擾。與傳統(tǒng)總線相比，車載以太網使用單對非屏蔽雙絞線和較小的連接器可以降低80%的線束成本和30%的線路重量。為了滿足智能對高帶寬的需求，可以利用回音抵消技術在單線對上實現雙向通信。

傳統(tǒng)的以太網一般采用四對一的方式，而車載以太網只有一對一的方式，使得在同樣的傳輸速度下，車載以太網的PHY芯片設計和實現難度成倍增加，這也是目前各大廠商技術和產品優(yōu)勢和競爭力的焦點。

汽車總線技術對比

自動駕駛傳感器帶來的結構變化和大量的數據處理需求，使得帶寬成為下一代汽車網絡技術的關鍵。與傳統(tǒng)的車載總線網絡不同，車載以太網可以提供更高的數據傳輸能力，需要帶寬密集型應用。同時，其先天的技術優(yōu)勢可以滿足汽車對高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲、輕量化的要求?，F在，博世、采埃孚等都提出了下一代汽車網絡結構，特斯拉在Model上 3和Model Y里已選擇了域控制結構。

自動駕駛級別越大，對高速網絡的需求就越迫切。對于L3以上的自動駕駛，需要在車內組合2.5/5/10G以太網，而對于L4/L5自動駕駛，需要在車內引入10G。 所以，高速車載以太網是實現L3或以上自動駕駛不可缺少的設備。

根據以太網聯(lián)盟的預測，隨著汽車智能應用的需要，汽車聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，未來將有100多個智能汽車自行車以太網端口，這將為汽車以太網芯片帶來巨大的發(fā)展前景。以Aquantia車輛的ADAS以太網架構為例，每個傳感器(攝像機、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等)都需要安排一個PHY芯片來連接ADAS域的交換機，每個交換節(jié)點也需要配備幾個PHY芯片。

在中國，當地的PHY芯片企業(yè)正在努力

目前，全球以太網PHY芯片市場已被少數公司控制。經過多年的發(fā)展和積累，這些廠商憑借資金、技術、客戶資源、品牌等優(yōu)勢，擁有了大部分的市場份額。根據中國汽車技術研究中心的統(tǒng)計，博通、美滿電子、瑞昱、德州儀器、恩智浦和微芯位居前列，全球前五大以太網PHY芯片制造商的市場份額高達91%。當前，PHY芯片在中國大陸的市場基本上是由這些國際巨頭主導的，市場份額達到87%。

近年來，中國當地制造商的技術能力不斷提高，有望憑借當地的快速響應能力占據更多的市場份額。目前國內以太網PHY芯片廠商主要包括裕太微、景略半導體、昆高新芯、國科天訊、物芯技術、新瑞技術、瑞普康等。

在這些廠商中，裕太微是一家領先的企業(yè)，可以大規(guī)模供應千兆以太網PHY芯片。它是中國第一家通過OPEN在車載PHY芯片領域的公司。 Alliance IOP認證公司，2.5G PHY芯片已經量產，在技術水平和規(guī)模上處于國內領先地位，2021年，裕太微商品在以太網PHY芯片的市場份額為2%。景略半導體的核心團隊起源于美滿電子，主要為車載、工業(yè)、企業(yè)應用提供以太網PHY芯片，其車載千兆PHY芯片將大規(guī)模生產。作為國內較早實現TSN交換芯片流片的公司，昆高新芯可以提供千兆以太網PHY和TSN芯片，TSN芯片即將進入量產階段。

本文來自微信公眾號“半導體產業(yè)縱橫”（ID:ICViews），作者：暢秋，36氪經授權發(fā)布。

本文僅代表作者觀點，版權歸原創(chuàng)者所有，如需轉載請在文中注明來源及作者名字。

免責聲明：本文系轉載編輯文章，僅作分享之用。如分享內容、圖片侵犯到您的版權或非授權發(fā)布，請及時與我們聯(lián)系進行審核處理或刪除，您可以發(fā)送材料至郵箱：service@tojoy.com