车载Serdes芯片:车载通信最热的投资高地
发表时间:2024-07-23 07:41:05 来源:行业新闻
今年下半年,笔者购置了一台以智能驾驶为特色的新能源汽车,体验了一段时间以后,发现无论是高速还是高架,甚至是正常城市地面,都能实现近乎无人驾驶的功能,好像有另一个无形的人在帮我开车,觉得非常神奇,便不自觉的思考,我们自己去驾驶车辆,依靠的是眼睛查看路况,耳朵听声音,体内的神经网络将信息传递给大脑,然后由大脑来做决策是踩油门还是踩刹车,拐弯还是直行等。帮我开车的这个无形的人,它也有同样的构造,它的眼睛和耳朵是遍布车身的各个摄像头和传感器,它的大脑就是高算力的智驾芯片,它的神经网络有很多类型,其中传输速度最快,带宽最大的,就是本文的主角——车载Serdes芯片。
我们知道,传统的车载内部通信使用的主要是由德国汽车供应商巨头博世于1986年提出CAN总线,这条双绞线像公交车线路一样,将沿途的发动机、变速箱、紧急制动等各个ECU连接起来,实现相互通信,它的最高带宽为1Mbit/s,后来由奥迪、宝马、大众等汽车及供应商又共同提出了单线缆低带宽的LIN总线Kbit/s,用于座椅、车窗等传输数据较小的简单控制,CAN总线为主,LIN总线为辅,共同构成了传统的车载内部通信网络。后来随着车辆功能慢慢的变多,对传输带宽和可靠性要求更高,又相继提出了FlexRay、MOST、LVDS等传输方式,但都因为成本、产品性能、电磁干扰等缺陷没成大气候,总体来说,普遍问题为带宽低、成本高,下图为各个车载通信方式对比:
以特斯拉为代表的新能源车快速的提升以来,汽车产业发生了翻天覆地的变化,汽车架构从传统分散的ECU变为了由中央计算单元下辖的五大域(动力域、车身域、底盘域、座舱域、以及无人驾驶域),车载通信随之也发生了巨大变化,车越智能,需要传输的数据越多,在工业领域大放异彩的以太网技术慢慢被应用在车上,理论上来讲,以太网传输带宽最高可达100Gbit/s以上,但在汽车领域,电磁兼容及延迟性等问题亟待解决,目前车用以太网主要传输速率在1Gbit/s以内,未来的车载通信,将会形成以以太网为骨干、CAN/LIN总线以及各类通信方式为补充的混合车载网络(如下图所示)
以上车载网络中,以摄像头向座舱SOC传输的数据最大(涉及到实时动态图像),据测算,一颗800万像素摄像头每秒钟产生的数据量高达5.75Gbps,这一些数据要高速无损无延时的传输到SOC,很明显传统的以太网以及CAN/LIN总线等难以达到一定的要求,这时候,已经很成熟的用于数据中心的,速率高达百G的Serdes技术便派上了用场,用在车里来传输摄像头到SOC的数据,速率在10G以内已能满足目前大部分车辆需求,在技术实现上算是降维打击,不过由于是用于汽车,使用环境复杂,需要在抗干扰性能、可靠性及功耗上有更高的要求,否则开着车信息传输出现问题,严重的造成车毁人亡的大问题,通常来说,车载Serdes至少一定要通过ASIL B级的功能安全认证,下图为车载Serdes应用场景:
Serdes是两个词的组合的简称,一个是Serializer(串行器),一个是Deserializer(解串器),怎么理解呢,我们大家可以把数据传输理解为在马路上跑汽车,数据少的时候只跑一辆汽车,马路只需要一辆汽车那么宽好了,数据慢慢多起来了,汽车就多起来了,提高通行效率的方式是加宽马路(线束),几辆汽车同时并排跑,但是这样会造成汽车的线束越来越粗,越来越重,并且并排的车辆同时行走还容易撞车,形成干扰。我们大家都知道,汽车内的电缆线束总重量仅次于发动机和底盘的重量,因此减少电缆长度和数量能够大大减少车辆总重量,提高燃油效率或续航能力,因此多数据传输时,我们要以过独木桥的方式来传输,把低速并排的汽车排成单排快速通过,通过后再变为低速并排,把并排变成单排的过程就叫串行,把单排再变成并排的方式就叫解串,Serdes串行合解串过程如下图所示:
在具体使用上,车载Serdes芯片一般是成对使用,摄像头里一颗发射端,Soc里一颗接收端,发送端将并行的数字信号转换为串行的模拟信号,在接收端将串行的模拟信号恢复为并行的数字信号。发送模块包含了编码器(用于数据串行加密)、驱动电路(用于发送串行信号)和FFE均衡器(用于信号调节),接收模块包括了均衡器(信号调理及滤除干扰)、解码器(信号解密)、接收电路(发送并行信号),有必要注意一下的是,摄像头端一般是单通道,Soc端一般是多通道,一颗SoC端的4通道芯片,对应4个摄像头的单通道使用。通道数越多,芯片价格越贵。下图为车载Serdes一对芯片的使用原理。
由于Serdes作为一种高速信息传输技术,并且一般由发送端和接收端成对使用,因此彼此间的通信协议就很重要,通信协议类似于“天王盖地虎,宝塔镇河妖”这样的暗号,暗号对上了,信息就能成功传输。具体来说,通信协议大体上分为私有协议和公有协议,顾名思义,私有协议由某个特定公司开发且仅能为该公司使用,公有协议是由某个联盟或第三方在众多私有协议上提取共性,稍做修改,变为大家都能用的协议,车载Serdes也是同理,全球车载Serdes属于TI和美信垄断状态,这两家都是用的是私有协议,TI的协议是FPD-link,美信的协议是GMSL,但私有协议的问题是不利于市场之间的竞争,主机厂会受到制约,因此公有协议随之诞生,车载Serdes最早的公有协议是MIPI联盟2015年提出的MIPI A-PHY(最大传输距离能达到15米,传输速率可以超过16Gbps,甚至达到48Gbps),2020年完成MIPI A-Phy V1.0的开发,紧接着还有由宝马、博通、NXP等联合成立的ASA联盟推出的ASA Motion Link,2020年发布了1.0版本,传输速率最高可达16G,除此之外,还有由汽标委、国内主机厂及芯片公司联合推出的HSMT协议,作为国内车载Serdes标准也于2020年启动,目前最高速率支持12.8G,目前总体来说,公有协议的竞争大多分布在在MIPI A-PHY和HSMT之间,各个车载Serdes芯片公司依据协议分为不一样队伍。
车载Serdes芯片的应用不仅仅在于摄像头到SoC数据的传输,在车载屏幕端,也用于屏幕间的数据传输,多个方面数据显示,目前主流新能源车搭载的摄像头从5个到11个不等,屏幕数量从1个到8个不等,平均测算下来,大概每辆车需要6个摄像头,2块屏幕,需要8对Serdes芯片,也就是16颗,根据目前市场售价,每颗芯片售价2-3美元左右,按均价2美元计算,平均每辆车所需的Serdes芯片价值大约280元,2022年中国新能源车700万辆,2023年约940万辆,由于这是个增量市场,我们暂且按照1000万辆新能源车来测算,可知中国Serdes芯片市场规模大约为22.4亿,总体来说属于较小的细分市场,未来随着新能源车的普及,蛋糕还在逐渐变大,下图为中国各主流新能源车搭载的摄像头数量。
虽然车载Serdes是个细分小众市场,但这样的领域国产化率约等于0,美信和T占据了市场超过95%的份额,摄像头端美信约占70%-80%份额,屏幕端TI占据超过50%份额,究其原因,一是因为过去汽车产业链很成熟稳定,车载Serdes作为很小一个市场,技术难度又不低,车厂替换意愿也不强,TI和美信又都是私有协议,不值得很多巨头下场去做,但现在新能源车改变了汽车供应商市场格局,车载Serdes的蛋糕慢慢的变大,Serdes技术逐渐被攻破,公有协议也在近些年逐渐推出,国产新能源汽车也有供应链国产化以及降本的需求,愿意给勇于探索商业模式的公司试用的机会,可谓天时地利人和,因此这样的领域的创业便如火如荼的发展了起来,技术实现上来讲,车载Serdes芯片一般都会采用40nm或28nm的制程,所需通信速率一般在3Gbps到12Gbps之间,通常来说,6-8Gbps已能满足大部分车载Serdes的需求。
笔者梳理了国内车载Serdes领域勇于探索商业模式的公司状况,除了裕太微(做以太网物理层芯片的)、龙迅股份(做高清视频桥接芯片的)、矽力杰(模拟芯片)等相关领域上市公司往车载Serdes芯片涉猎外,未上市的勇于探索商业模式的公司主要有以下:
1. 景略半导体:公司2009年就成立了,属于裕泰微的强力竞争对手,核心产品PHY与Switch产品已大规模量产,在消费、工业、汽车等领域均有应用,公司团队来自Marvell,领军人物何润生为前Marvell核心产品千兆以太网物理层芯片的系统架构总设计师,公司获得韦尔和武岳峰等知名机构投资,业务向车载Serdes方向扩展,采用的ASA的协议,想和做车载摄像头芯片的豪威深度绑定,目前还未大规模出货
2. 天津瑞发科:公司同样是2009年成立,核心团队都出自清华大学,领军人物王元龙有超20年的超大规模ASIC芯片设计及高速模拟及混合电路架构经验,公司在USB主控芯片的传统业务上发展车载Serdes芯片,2022年承担了国家部委汽车Serdes芯片专项,采用HSMT协议,产品覆盖2G到12.8G,公司获得了君联、赛富、华为哈勃等知名机构投资
3. 慷智集成:公司2017年成立,由前海思美国IC Lab首席多媒体科学家刘文军创立,汇聚了来自TI、NXP等知名芯片公司的同领域顶级专家,公司聚焦车载Serdes芯片领域,先后获得了华登、北汽产投、小米、合创资本等大机构投资,公司推出了自有的私有协议AHDL,算是另辟蹊径,不过据说公司产品以3Gbps为主
4. 北京锐泰微:公司2021年初创立,创始团队来自ADI/MAXIM/Marvell等公司,产业主攻车载Serdes,公司获得了中芯聚源、蔚来资本、华业天成等巨头入股,根据公开信息查询得知,目前公司在车载SerDes领域已经取得重大突破,推出基于自研SerDes协议、自研IP、自主可控的车载SerDes产品
5. 南京仁芯:公司2022年成立,创始团队来自高通、Synopsys、通用汽车等国际头部企业,公司同样瞄准了高速率的车载Serdes市场,先后获得了红杉资本,海望资本、上市公司移远通信等巨头的投资,公司采用A-PHY协议,已发布22nm制程,速率高达16Gbps的车载Serdes芯片
6. 苏州英纳微:公司2022年下半年成立,团队几乎全部来自Marvell,由前Marvell技术大牛张海青领衔,公司以车载Serdes芯片为切入口,获得了隔离芯片巨头纳芯微的投资以及大力扶持,目前正奋力研发中,最高速率支持12.8G的产品即将完成开发
7. 苏州首传微:企业成立于2021年,小组成员来自高通及展锐,公司获得湖杉资本、沃赋基金等机构投资,产品采用A-PHY协议,据说最高支持16G的速率
通过观察以上勇于探索商业模式的公司,车载Serdes或作为老公司的新业务,或是勇于探索商业模式的公司切入口,均吸引了投资机构及各大主机厂的投资入股,可以感受到,这是一个巨头扎堆的赛道,将该细致划分领域一定会跑出一批龙头,目前虽然各家都宣传自己的产品如何之好,但基本都未实现大规模量产,未来2-3年或许是重要的机遇窗口期,我们期待着,看看最终到底谁能在激烈的竞争中杀出重围,成为真正的国产车载Serdes芯片之光!