车载以太网爆发，TSN交换芯片成为新引擎
2024-09-05
16:41:41
来源: 互联网
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1、电子电气架构发展
2020年，当我们谈论整车电子电气架构（EEA）的时候，还是谈论分布式架构到域控架构的升级，对于中央计算单元+区域控制器架构，感觉还是遥不可及。
按照博世定义的电子电气架构发展阶段，还有五年以上的时间。
博世定义的EEA发展图，来源亿欧智库
然而，四年后的今天，我们发现各个主机厂的中央计算单元架构都要纷纷落地了，例如小鹏的X-EEA3.0中央计算平台+区域控制架构、广汽埃安的中央计算平台架构—星灵架构、长城的计算平台架构GEEP3.0、理想的LEEA3.0架构等。
各主机厂的EEA3.0中央计算单元架构
2、以太网作为车载通信骨干网
电子电气架构快速迭代的背后是整车通信网络的趋同，从域控架构开始使用以太网作为车载通信的骨干网已成为主机厂的共识，伴随着电子电气架构向准中央计算的迭代，主机厂对以太网芯片的需求开始爆发。
小鹏G9采用千兆以太网作为骨干网的X-CA通信架构
问界M9的CC架构采用以太网作为骨干网
车载以太网是一种专为汽车环境设计的局域网技术，它基于传统的以太网协议，但针对车辆内部网络的特殊需求进行了优化和调整。这种技术的发展背景主要源于汽车行业对更高数据传输速率的需求，以及对降低车辆内部布线复杂性和重量的追求。
随着汽车电子化和智能化的快速发展，车内的电子控制单元（ECU）数量显著增加，对数据传输带宽的需求也随之增长。传统的车载网络技术，如CAN、LIN等，虽然在低速率、低复杂性的通信中表现良好，但在面对高带宽、低延迟的通信需求时，就显得力不从心。
相比于其他技术，车载以太网具有以下优势：
高带宽：车载以太网提供高带宽的数据传输能力，满足自动驾驶、高清视频传输等高数据量应用的需求。
低延迟：车载以太网的低延迟特性对于实时性要求高的应用至关重要，如自动驾驶系统的快速响应。
高可靠性：车载以太网通过物理层和链路层的优化，提高了网络的可靠性，适应了汽车复杂的电磁环境。
成本效益：与传统的多线束布线相比，车载以太网使用双绞线传输，降低了线束重量和成本，同时简化了布线。
扩展性：车载以太网支持多种速率标准，如100BASE-T1、1000BASE-T1等，可以根据不同的应用需求选择合适的传输速率。
标准化：车载以太网得到了包括IEEE等在内的多个标准化组织的推动，具有良好的兼容性和互操作性。
车载总线通信基本架构、技术对比及演进历程，亿欧智库
车载以太网的快速发展，是汽车网络架构的一次重大变革，将为智能汽车的进一步发展提供坚实的基础。
3、车载以太网的关键芯片
车载以太网需要的关键芯片主要包括物理层收发芯片（PHY）和TSN交换芯片（Switch）。
PHY芯片：可比作信号基站，是实现以太网物理层功能的芯片，负责将数字信号转换为适合在物理媒介上传输的信号，并进行相应的编码和解码。在车载以太网中，PHY芯片的主要作用包括：
物理层接口：PHY芯片负责在物理层实现数据的发送和接收，将数字信号转换为适合在物理媒介上传输的模拟信号，并进行相应的编码和解码。
信号处理：PHY芯片处理信号的时钟同步、数据编码和解码等任务，确保数据的准确性和完整性。
介质独立性：PHY芯片提供了介质独立性，允许不同类型的传输介质（如双绞线、光纤）与以太网设备兼容。
成本敏感：在许多应用中，PHY芯片的成本相对较低，是实现以太网连接的基本组件。
PHY芯片实际应用案例
Switch芯片：可比作交通枢纽，作为网络交换的核心，负责在不同网络节点之间转发数据包，实现数据的高效传输。在车载以太网中，Switch芯片的主要功能包括：
数据交换与管理：Switch芯片负责在网络中的多个设备或节点之间进行数据包的转发和交换，是实现网络通信的核心组件。
流量控制：Switch芯片通过智能流量控制算法，优化数据流，减少拥塞，提高网络效率。
支持TSN：提供时间敏感网络（TSN）功能，确保关键数据的实时性和确定性传输，这对于自动驾驶和高级辅助驾驶系统（ADAS）等关键应用至关重要。
网络拓扑结构：Switch芯片决定了网络的拓扑结构，可以支持星形、环形、网状等多种网络布局。高性能的SWITCH芯片支持更多的端口和更复杂的网络拓扑，有助于构建可扩展的车载网络。
性能瓶颈：Switch芯片的性能直接影响整个网络的数据传输速率、延迟和可靠性。高性能的Switch芯片可以显著提升网络的响应速度和数据处理能力。
网络安全：Switch芯片通常集成了多种网络功能，如防火墙、流量监控等，通过访问控制列表（ACL）等安全功能，保护车载网络不受外部威胁。
某厂商的Switch芯片
4、单车价值量及市场规模
随着汽车电子架构的持续演进，对以太网芯片的需求出现暴增。单车价值量方面，如奔驰EQS会用到5-7片Switch，平均每片价格在30美元左右，配套10-15片PHY，整体价值量在300美元左右。
车载以太网芯片在汽车上的应用，山西证券
预计L4级别的车型将搭载100颗以上的以太网芯片，其中有12颗摄像头+4个显示屏，加上7个TSN交换芯片及其他，届时单车以太网芯片价值量将达到700美元。
车载以太网市场正处在爆发阶段，得益于汽车智能化和网联化的大趋势。根据Ethernet Alliance的预测，到2025年中国以太网芯片市场规模将达到300亿元，是增长最为显著的区域。
据中国汽车技术研究中心和山西证券的数据，预计到2025年，国内车载以太网PHY芯片市场规模有望突破120亿元人民币，CAGR达到30%以上。预计到2025年，国内车载以太网Switch芯片市场规模将达到178亿元人民币。
中国大陆以太网芯片市场规模，中汽中心
5、车载以太网的竞争格局
当前车载以太网PHY芯片供应商呈现出高度集中的格局，主要由美满电子、博通、恩智浦、德仪等境外企业主导，这些企业的市场份额总和高达99%，从公开信息看国内PHY芯片仅有裕太微、景略、奕泰微等少数供应商。
国内部分供应商的PHY芯片已推出数年，但营收规模依旧有限，当前整体市占率不高。从车机拆解中，我们或许可以发现一些原因。
从图中我们可以看到蔚来在域控制器中使用美满电子的88EA6321 Switch芯片搭配两片美满电子的88Q2112 PHY芯片，长城使用美满电子的88Q5050 Switch芯片搭配美满电子的88Q2112 PHY芯片。在域控制器端，主机厂只会采用同一供应商成套的Switch和PHY芯片，单独的PHY芯片市场空间有限。
车载以太网Switch芯片供应商则更为集中，仅有美满电子、博通两家美系厂商，国内Switch芯片自主供应处于空白。部分主机厂反馈，当前只有一家国内供应商送测Switch DEMO板，从公开渠道查询如下。
奕泰微发布的DEMO板，盖世汽车
当前车载以太网Switch芯片供应商稀缺，主要由于研发面临的技术壁垒较高，原因包括：
通信积累：车载以太网Switch芯片是通信类芯片，属于大规模ASIC定制芯片。仅有少部分的厂商在以太网芯片技术方向具备完善的产品线，国际上有美满电子、博通，国内只有中兴、华为。研发车载以太网Switch芯片需要具备丰富行业经验的整建制团队。因此在组建研发团队时，面临着人才稀缺和组建困难的挑战。
技术壁垒：TSN技术通过精准的流量调度确保数据传输的低延迟和高可靠性，这要求芯片能够实现复杂的时间同步和数据调度功能。此外，芯片需要支持多种协议标准，如IEEE 802.1q；802.1qbu；802.1qbv；802.1qci；802.1as；802.1cb802.1qav；802.1qch；802.1d等，标准复杂度极高，增加了研发的技术难度。
从竞争格局和供应链安全看，未来此赛道需要更多的国内供应商。
6、车载以太网的未来
如何展望未来市场，我们可以看下英伟达当前的进展。
上图是英伟达的ADAS开发平台Hyperion，其使用美满电子的88Q5072和88Q6113 2片以太网交换芯片，8片以太网物理层芯片，型号是美满电子的88Q4364。
ADAS域通常会使用1片以太网交换芯片，先进的ADAS系统会使用2-3片以太网交换芯片。
Zonal时代或者说中央计算时代，也可以叫软件定义汽车时代，会使用更多的以太网交换芯片，每辆车需要6-7片。
Zonal架构下，以太网支持所有连接，博世官网
据QY Research最新调研报告显示，预计2029年全球汽车以太网市场规模将达到210.6亿美元，而中国作为引领全球汽车智能化的头部玩家，未来这一赛道将会孕育出多家上市公司。
责任编辑：Ace
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