以太網向更高的傳輸速率演進, 為萬物互聯(lián)的高效運轉奠定了通信基礎

經歷約50年的發(fā)展，因其同時具備技術成熟、高度標準化、帶寬高以及低成本等諸多優(yōu)勢，已取代其他網絡成為當今世界應用最普遍的局域網技術，為萬物互聯(lián)的高效運轉奠定了基礎。

在傳輸速率上，以太網具有多種速率標準，早期慣例以10倍來提升，如標準以太網（10Mbps）、快速以太網（100Mbps）、千兆以太網（1Gbps）。近年來為適應多樣化需求，開始出現(xiàn)2.5GE、5GE、25GE、50GE、200GE、400GE等多種新速率標準。目前規(guī)模應用的主流技術是千兆以太網1000BASE-T，可在超過100m的雙絞線上傳輸1000Mbit/s的數(shù)據(jù)流。隨著技術的發(fā)展，未來以太網將不斷向更高的傳輸速率演進。

應用場景方面，以太網的應用領域廣泛，覆蓋消費電子、汽車、工業(yè)、通信、數(shù)據(jù)中心等多個領域。

在消費電子領域，以太網廣泛應用于機頂盒、監(jiān)控設備、網絡打印機、LED顯示屏、智能電視等一系列可提供以太網連接的商業(yè)產品；在工業(yè)領域，以太網在TCP/IP協(xié)議框架下形成了Ethernet/IP、PROFINET 等工業(yè)以太網協(xié)議，其低成本、高效通信能力以及良好的網絡拓撲靈活擴展能力，為運動控制系統(tǒng)、智能儀表、人機交互設備、伺服系統(tǒng)等工業(yè)設備現(xiàn)場數(shù)字化感知和智能決策提供良好的基礎；在汽車領域，與傳統(tǒng)的車載網絡不同，車載以太網可以提供帶寬密集型應用所需的更高數(shù)據(jù)傳輸能力，同時其技術優(yōu)勢可以很好地滿足汽車高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲、輕量化等方面的要求，將成為下一代汽車網絡的關鍵技術。

作為以太網傳輸?shù)幕A芯片，以太網物理層芯片（PHY）用以實現(xiàn)不同設備之間的連接，并且通過與數(shù)據(jù)鏈路層 （MAC）芯片配合或集成實現(xiàn)更高層的網絡交換功能。

具體而言，以太網物理層芯片（PHY）連接數(shù)據(jù)鏈路層的設備（MAC）到物理媒介，并為設備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體，處理信號的正確發(fā)送與接收。當設備向外部發(fā)送數(shù)據(jù)時：MAC 通過 MII/RGMII/SGMII 接口向以太網物理層芯片傳送數(shù)據(jù)，以太網物理層芯片在收到 MAC 傳輸過來的數(shù)據(jù)后，把并行數(shù)據(jù)轉化為串行 流數(shù)據(jù)、按照物理層的編碼規(guī)則進行數(shù)據(jù)編碼，再變?yōu)槟M信號把數(shù)據(jù)傳輸出去；當從外部設備接收數(shù)據(jù)時：物理層芯片將模擬信號轉換為數(shù)字信號，并經過解碼得到數(shù)據(jù)，經過接口傳輸?shù)?MAC。

以太網芯片原理圖

資料來源：裕太微

從上述原理圖可以看到，以太網物理層芯片是一個復雜的數(shù)?；旌闲酒到y(tǒng)。芯片中包含高性能SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE設計，同時也包括濾波算法和信號恢復等DSP設計，芯片研發(fā)需要深厚的數(shù)字、模擬、算法全方位的技術經驗以及完整產品設計團隊互相高效配合才能實現(xiàn)。

市場規(guī)模有望突破300億元，國內廠商正填補市場空白未來發(fā)展空間巨大

近年來，受益于5G、WiFi6、物聯(lián)網、人工智能等技術應用，以太網物理層芯片的市場規(guī)模不斷擴展。

根據(jù)中國汽車技術研究中心的預測數(shù)據(jù)，2022年-2025年全球以太網物理層芯片市場規(guī)模預計保持25%以上的年復合增長率，到2025年其市場規(guī)模有望突破300億元。

汽車方面，隨著新能源汽車智能化的發(fā)展，數(shù)據(jù)量傳輸需求呈爆發(fā)式增長，未來智能汽車單車以太網端口將從現(xiàn)在的10個左右增長到超過100個以上，為車載以太網芯片帶來10倍以上的增長空間。假設車載交換芯片均采用4口（即單車需求量為PHY芯片的1/4），預計國內的車載以太網交換芯片市場規(guī)模將在2025年達到137億元，2021-2025年年復合增長率高達63.1%。

資料來源：Mouser

從競爭格局來看，目前以太網物理層芯片市場高度集中。在全球市場上，博通、美滿電子、瑞昱、德州儀器、高通、微芯穩(wěn)居前列，前五大廠商市場份額占比高達91%。這些廠商由于起步較早，憑借資金、技術、客戶資源、品牌等方面的積累，已經在以太網芯片行業(yè)形成了巨大的領先優(yōu)勢，對該行業(yè)的發(fā)展起到引領作用；在國內市場，以太網物理層芯片同樣被瑞昱、博通、美滿電子等這些國際巨頭主導，自給率極低，下游廠商高度依賴境外進口。

不過，在國產替代浪潮下，近年來國內廠商技術實力不斷追趕，有望憑借本土化優(yōu)勢和快速響應能力占據(jù)更多的市場份額。目前，國內主要的以太網物理層芯片廠商包括裕太微、景略半導體、昆高新芯、國科天訊、東土科技旗下物芯科技、鑫瑞技術、睿普康、楠菲微電子等。

資料來源：中國汽車技術研究中心

而在車載以太網芯片方面，競爭格局集中度更高。

根據(jù)中國汽車技術研究中心統(tǒng)計，不管是全球還是中國市場，幾乎全部由美滿電子、博通、瑞昱、德州儀器和恩智浦五家企業(yè)壟斷，占比高達99%以上。具體來看，美滿電子在車載以太網市場上一家獨大，市占比超過1/3；博通在中國市場占比達25.3%，高于其在全球市場的占比接近7個百分點，位例第二。此外，瑞昱和德州儀器占比也都在10%以上，在市場上也有一定的話語權和地位。

資料來源：中國汽車技術研究中心

在中美貿易摩擦大背景下，車載以太網物理層芯片國產化需求迫切，為裕太微、景略半導體、昆高新芯等為代表的國內眾多廠商提供了廣闊的發(fā)展機遇。

以裕太微為例，作為國內以太網物理層芯片龍頭，裕太微成立于2017年，專注于高速有線通信芯片的研發(fā)、設計和銷售，是中國大陸極少數(shù)擁有自主知識產權并實現(xiàn)大規(guī)模銷售的以太網物理層芯片供應商。

目前，裕太微已經獲得AEC-Q100 GRADE1車規(guī)認證和OPEN聯(lián)盟互聯(lián)互通性認證（C&S國際認證），車載百兆物理層芯片產品已經在德賽西威、長安、廣汽、比亞迪等頭部Tier1和車企中批量出貨，千兆產品也正在研發(fā)中，預計在2023年也將實現(xiàn)批量出貨。

從具體產品來看，裕太微的車載百兆芯片YT8010系公司的主打產品，可對標市場上恩智浦的TJA1100和博通的BCM89811等主流產品。對比來看，裕太微芯片的主要技術參數(shù)與國際主流競品基本一致，甚至在可靠性指標上具有優(yōu)勢。

裕太微的車載百兆芯片YT8010國家大廠競品比較情況

資料來源：裕太微

而在車載千兆芯片上，裕太微的YT8011芯片集成了包含高達750MSPS的ADC和3GSPS的DAC，可對標瑞昱的RTL9010和美滿電子的88Q2120為代表的車載市場上的主流產品，可滿足雷達、環(huán)視等高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽眯枨蟆?/span>

中高端車型的自動駕駛及智能座艙率先應用，帶動車載以太網芯片量價齊升

從車載網絡的技術演變來看，目前汽車總線技術以CAN總線為主，LIN總線為輔，CAN總線具有多主仲裁的特點，但是它在每個時間窗口里只能一個節(jié)點贏得控制權發(fā)送信息，其他節(jié)點都要變?yōu)榻邮展?jié)點，因此CAN總線只能實現(xiàn)半雙工通訊，最高傳輸速度1Mbps（40m）。

隨著以新能源汽車的發(fā)展，繼續(xù)使用CAN總線連接不僅將造成汽車電子系統(tǒng)成本大增，更無法滿足高性能處理器實時高速雙向數(shù)據(jù)交互的需求。

而車載以太網是在普通以太網的基礎上，針對車內通信技術需求研發(fā)的一種用以太網連接車內電子單元的新型局域網技術，可以實現(xiàn)百兆、千兆甚至億兆的高速網絡傳輸，有望在未來實現(xiàn)對整車現(xiàn)有車內通信技術的逐步替代，正成為下一代汽車網絡的重要發(fā)展方向之一。

車載網絡的主要技術路徑比較

資料來源：裕太微

在技術標準方面，目前主流的車載以太網的技術標準是基于博通公司的BroadR-Reach技術，車載以太網領域里最為重要的OPEN聯(lián)盟的設立目標即是促進該技術作為開放標準得到各車企的廣泛采用。截止到2021年底，OPEN聯(lián)盟的成員已增長到340個，包括博通、恩智浦、飛思卡爾、現(xiàn)代等汽車領域里眾多的汽車廠商、供應商、芯片商、技術公司以及研究機構等。中國車企和供應商也在積極關注并逐漸采用OPEN聯(lián)盟的技術，在OPEN聯(lián)盟中已有一汽集團、北汽、長城、泛亞、華晨、恒潤、航盛以及中國信通院等十幾家中國成員。

隨著車載以太網滲透率的不斷提高，全世界采用BroadR-Reach技術的主流汽車制造商的數(shù)量還在不斷增長。諸多新能源車造車新勢力以及寶馬、捷豹、大眾等諸多知名汽車廠商的多個車型均在部分系統(tǒng)上采用了車載以太網，可以預見未來車載以太網有望成為汽車的主流趨勢，具有廣泛的應用前景。

其中，作為汽車智能化發(fā)展的先鋒，中高端車型的智能駕駛及智能座艙領域已經開始率先使用車載以太網作為主要的車載網絡傳輸工具，未來這一趨勢有望逐漸從中高端車型向低端車型逐漸普及。

（一）自動駕駛向更高階發(fā)展，帶動車載以太網芯片量價齊升

隨著自動駕駛技術的深入發(fā)展，汽車中攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等傳感器數(shù)量不斷增加，高精度地圖導航、停車輔助、車道偏離預警、夜視輔助、自適應巡航、碰撞避免、盲點偵測、駕駛員疲勞探測等的使用場景也在不斷豐富，這些技術的應用會產生、發(fā)送、接收、存儲和處理海量的數(shù)據(jù)。

據(jù)英特爾預測，一輛自動駕駛汽車每天將會產生大約4TB的數(shù)據(jù)。其中，LIDAR模塊可能生成70Mbps 的數(shù)據(jù)流量，一個攝像頭可能生成40Mbps的數(shù)據(jù)流量，RADAR模塊可能生成100 Kbps的數(shù)據(jù)流量，而導航系統(tǒng)可能生成50 Kbps的數(shù)據(jù)流量。

此外，自動駕駛系統(tǒng)的等級越高，獨立傳感器的數(shù)量也將極大增長，由此產生的數(shù)據(jù)總量也更大，這些數(shù)據(jù)需要以極短的延遲在高速、可靠的網絡上傳輸、存儲和共享，這正是基于車載以太網的高吞吐量、低延遲網絡的長處。

以汽車ADAS以太網架構為例，每一個傳感器（包括攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等）都需要部署一個PHY芯片以連接到ADAS域的交換機上，每個交換機節(jié)點也需要配置若干個以太網芯片，以傳輸從傳感器端接收來的數(shù)據(jù)。

在數(shù)量上，目前在特斯拉、蔚小理等新勢力的高端車型上相關以太網芯片已經達到40-50片，隨著汽車智能化的不斷演進，未來在L4/L5級別自動駕駛汽車中搭載量還將進一步增長到80-120片；而在價格上，目前車載百兆以太網芯片平均單價在1-2美元，千兆以太網芯片單價在4-5美元，在下游旺盛需求的帶動下，目前行業(yè)整體呈良好的量價齊升趨勢。

在具體應用案例上，早在2018年，車載以太網芯片龍頭美滿電子就研發(fā)出了業(yè)界首款汽車級安全以太網交換芯片88Q5050，這款芯片能夠處理數(shù)千兆級別數(shù)據(jù)的應用，使得汽車OEM制造商能夠支持具備傳感器融合、攝像頭、安全和診斷等功能的車載網絡。目前，該芯片并且已被NVIDIA DRIVE Pegasus自動駕駛汽車平臺采用，成為第一個在內核具備嵌入式安全功能的可商用解決方案。

（二）在智能座艙領域，千兆車載以太網已逐漸成為中高端汽車的標配

除了自動駕駛外，伴隨著BroadR-Reach技術的日益成熟和標準化的不斷推進，搭載以太網先進的智能座艙也正逐步成為中高端汽車的標配和重要差異化特性。

此前，汽車Tier1廠商安波福就宣布，公司最新一代智能座艙系統(tǒng)支持1000兆車載以太網，以實現(xiàn)車內儀表盤、中控屏、副駕屏、后座屏和控制屏等顯示應用場景的高速數(shù)據(jù)互通互聯(lián)，以給用戶帶來跨時代、更高的科技感座艙體驗。

除了Tier1廠商外，主機廠也已經逐步開始在高端車型上應用車載以太網。例如，Ingineerix在不久前對特斯拉的高端車型Model S Plaid進行了拆解，發(fā)現(xiàn)其座艙域一塊PCB板上集成了儀表顯示娛樂控制、網關、音頻功放、T-box、以太網交換芯片等眾多元器件。其中，座艙域和智能駕駛域通過千兆以太網連接通訊，當中的以太網交換芯片采用的是中國臺灣廠商瑞昱的Realtek RTL9068ABD。

特斯拉Model S Plaid座艙域PCB板

資料來源：Ingineerix

值得一提的是，在智能座艙和自動駕駛兩個領域的應用逐漸成熟后，根據(jù)技術發(fā)展路徑，未來以太網將更多的推廣至動力總成、底盤、車身等多個領域，從而真正形成一個域級別的汽車網絡。

以太網芯片作為以太網傳輸?shù)幕A芯片之一，隨著數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，市場規(guī)模擁有持續(xù)上漲的動能。尤其在車規(guī)應用領域，隨著新能源汽車電動化、網聯(lián)化、智能化的發(fā)展，車載以太網芯片有望逐步得到大規(guī)模應用與普及。

和國外廠商相比，國內公司在車規(guī)以太網芯片領域目前基本上處于剛起步階段，在技術、產品、客戶儲備等方面暫時處于落后的局面。

不過，背靠全球最大的新能源汽車市場，國內相關廠商可借助本土化服務優(yōu)勢，在國產替代的大背景下快速切入國內Tier1及終端市場，并且可借助新能源汽車的快速發(fā)展提升自己的收入與份額，不斷做大做強。