这是 关于汽车网络演变的两部分系列文章中的第二篇

作者：GlobalFoundries终端市场部副主任 本桥雄一

随着车辆逐步转向域（Domain）和混合分区（Hybrid Zonal）设计，传感器越来越多地将原始数据或轻度处理后的数据流式传输至中央平台，这使得通信需求从交换控制信号和识别结果，转变为高带宽、低延迟、高可靠性的流式传输。这些传感器链路具有明显的非对称性：高分辨率视频、激光雷达点云和雷达数据向上传至中央平台，而下行链路仅返回轻量级的配置、同步、控制和诊断数据。

SerDes（串行化器/反串行化器）正是符合这一特性的技术。它将宽带并行传感器数据转换为通过纯净点对点路径传输的高速串行数据流，从而最大限度地减少协议开销和延迟；同时，将大量信号整合到少数几对高速差分对或同轴/屏蔽电缆中，以简化布线。它还能减轻传感器的负担，将识别和融合任务转移至中央SoC，从而实现更小、更低power 的卫星传感器。 关键在于，SerDes 和以太网是互补而非竞争的关系。以太网适用于多节点汽车网络，而 SerDes 则适用于将传感器数据流以低延迟传输至中央 SoC 的专用高带宽链路。

开放标准SerDes的兴起

汽车级串行数据通信（SerDes）技术的发展得益于经过验证的专有技术，例如德州仪器（TI）的FPD-Link、安理通（Analog Devices）的GMSL、索尼（Sony）的GVIF以及Inova的APIX。随着软件定义车辆（SDV）和分区式（Zonal）车辆中供应商数量的增加，整车制造商（OEM）和一级供应商（Tier-1）希望灵活组合组件、在不同代产品间复用设计资产，并扩大验证和采购范围，从而推动开放标准化：

  • MIPI A-PHY 是一种 长距离非对称物理层（PHY），用于将现有的 MIPI CSI-2/DSI-2 生态系统与远程计算连接起来；已被采纳为 IEEE 2977-2021 标准。
  • ASA Motion Link（ASA-ML）是一种面向摄像头、雷达、激光雷达和显示器的开放式非对称串行器-解串器（SerDes）。其ASA-MLE扩展功能可通过该链路传输以太网数据包。
  • OpenGMSL将 ADI 的 GMSL 技术成果引入了一个多供应商生态系统，而 GF 正是该生态系统的一部分。
  • HSMT（QC/T 1217-2024）是中国汽车高速媒体传输标准，采用NRZ/PAM4技术，专为非对称传感器/显示器链路设计。

其共同点并非取代现有的SerDes，而是在此基础上进一步发展，为SDV/分区时代增添互连性、可扩展性和设计自由度。

将类似SerDes的链路引入Ethernet/IP管理

SerDes 的核心价值在于高效、低延迟的点对点传输。这种融合趋势为这些链路增添了以太网/IP 风格的可管理性；但这并不意味着 SerDes 和以太网是同一项技术。基于此，下一步是将这些非对称、上行链路占主导地位的链路融入以太网/IP 模型。 关键框架在于：区域骨干网是一个由以太网/IP管理的网络，而高带宽传感器链路则日益需要非对称连接，这种连接将 SerDes 的高效性与以太网的可管理性相结合。一旦集成，传感器连接将获得 IP 寻址、交换、路由、QoS、TSN、时间同步、诊断、安全以及 OTA 等功能，所有这些都统一在单一管理模型之下，该模型涵盖传感器、区域控制器、中央计算机，甚至云端协调。 过渡方案通过ASA-MLE等现有SerDes链路或桥接器，将以太网帧传输至以太网网络。从长远来看，物理布线将按区域组织，而逻辑管理则逐步向IP/以太网融合，并根据车辆类型、带宽、成本和可靠性分阶段推进。

超越从铜缆到光纤的提速

随着传感器数量、分辨率和计算性能的提升，铜缆在信号损耗、均衡、power 、发热以及电磁干扰/电磁兼容性（EMI/EMC）方面面临限制。此外，汽车行业在温度、振动、使用寿命和连接器可靠性方面的限制进一步加剧了这一问题。为解决这一问题，光通信正逐渐成为一种未来可选方案。 尽管目前尚未成为主流，但该技术正进入标准化阶段，IEEE 802.3cz-2023 多千兆位玻璃光纤汽车以太网（2.5G 至 50GBASE-AU）便是典型例证。光纤具有带宽高、抗电磁干扰能力强、产生的电磁干扰少以及重量轻等优势，对于高速分区骨干网和计算设备间连接极具吸引力。 不过需要注意的是，汽车环境中的温度、振动、连接器耐久性、长期可靠性及成本等问题仍是亟待克服的障碍，因此该技术的采用很可能将分阶段推进，首先从带宽要求最高的应用场景开始。硅光子学——即在硅基板上将光学功能与CMOS集成——是实现紧凑、低power 、高可靠性汽车光电输入/输出的关键使能技术。

其背后的硅技术：从晶圆技术角度看

这一演进过程的每一步都提高了对底层半导体芯片的要求，需要其具备高频性能、低power 、低噪声、高可靠性以及长期供货保障。GF 提供了一系列适用于汽车级 SerDes/PHY、以太网 PHY 以及区域/域控制器的广泛技术组合，而硅光子学则为未来的汽车光电 I/O 提供了起点：

  • SerDes/PHY正朝着 6/12/24 Gbps 级及更高速度发展，这需要平衡的高 Ft/Fmax 晶体管、低噪声以及高模拟和数字集成密度——这些需求由 40LP AutoPro、22UX、22FDX 和 12LP/12LP+ FinFET 工艺满足。
  • 高速以太网物理层（PHY）（包括10 Gbps级）为Zonal骨干网提供支持，并在功能集成CMOS 、FDX和FinFET/RF平台上表现最佳。
  • 作为OpenGMSL协会的成员，GF支持开放式SerDes技术。硅光子学将成为未来汽车光纤输入/输出的起点。
  • 覆盖美国、欧洲和新加坡三大洲的生产网络，结合AutoPro™汽车级质量框架，有助于客户应对长期供应及地缘政治方面的考量。


摘要：当网络发生变化时，芯片也会随之改变

随着软件定义车辆（SDV）、自动驾驶、传感器融合和分区化技术的共同发展，车载数据的规模、方向和意义也在随之变化，半导体需求随之调整。在以下四个方面：

  • 传感器正从智能领域向卫星领域延伸。
  • 数据从提取的结果流向原始数据或经过轻度处理的传感器专用数据流，最终流入综合环境模型。
  • 计算任务从分布式电子控制单元（ECU）转移到域控制器，再到中央计算机。
  • 网络从 CAN/LIN/FlexRay 和 100 Mbps 以太网，演进到 SerDes 传感器链路和以太网/IP 分区骨干网，随后发展为将 SerDes 整合到以太网/IP 中的非对称连接，最终过渡到光纤通信。

SDV通常被描述为一个软件故事，但其背后是负责收集、传输、处理并持续更新海量数据的半导体芯片。这才是新一代汽车架构的真正基石。