佐思汽研发布了《2023年汽车车内通信及网络接口芯片行业研究报告》。 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。
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
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
审核编辑:汤梓红
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原文标题:车内通信芯片研究: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
文章出处:【微信号:zuosiqiche,微信公众号:佐思汽车研究】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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