以太網(wǎng)（Ethernet，IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)）應(yīng)用市場廣闊，自1973年誕生以來，已經(jīng)歷40多年的發(fā)展歷程。因其具備技術(shù)成熟、高度標(biāo)準(zhǔn)化、帶寬高及低成本等諸多優(yōu)勢，成為了應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，覆蓋家庭網(wǎng)絡(luò)及用戶終端，企業(yè)及園區(qū)網(wǎng)，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，大型數(shù)據(jù)中心和服務(wù)提供商等應(yīng)用領(lǐng)域，在全球范圍內(nèi)形成了以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，是當(dāng)今信息世界最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，需要通過以太網(wǎng)通信的終端設(shè)備都可以采用以太網(wǎng)物理層芯片（PHY芯片）及相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。

以太網(wǎng)協(xié)議采用星形拓?fù)浠蚓€性總線，這是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，在OSI（Open System Interconnection）七層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，以太網(wǎng)協(xié)議在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層工作。以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)鏈路層的功能劃分到了兩個(gè)不同的子層，分別是邏輯鏈路控制層和介質(zhì)訪問控制（Media Access Control，MAC）層。

本文主要關(guān)注物理層，OSI物理層規(guī)范規(guī)定的是連接傳輸介質(zhì)的相關(guān)器件標(biāo)準(zhǔn)，主要包括機(jī)械特性，電氣特性和功能特性。機(jī)械特性是指接口所用連接器的尺寸、引線個(gè)數(shù)、引線排列順序，以及固定方式和材質(zhì)等機(jī)械性能指標(biāo)；電氣特性是指介質(zhì)及接口電壓、電流指標(biāo)；功能特性是指物理層器件需要實(shí)現(xiàn)的功能，例如，如何處理數(shù)據(jù)流，使用哪種編碼方式，以及規(guī)定幀格式等。

根據(jù)以太網(wǎng)聯(lián)盟創(chuàng)建的路線圖，將以太網(wǎng)應(yīng)用分為五大類：工業(yè)自動(dòng)化，車載以太網(wǎng)，企業(yè)應(yīng)用，電信運(yùn)營商，數(shù)據(jù)中心。具體來看，包括信息通信（路由器、交換機(jī)、無線終端、中繼器），智能電子（機(jī)頂盒、LED顯示屏、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、智能電視），工業(yè)控制（礦業(yè)、工業(yè)相機(jī)等），監(jiān)控設(shè)備（安防攝像頭），以及汽車系統(tǒng)中的輔助駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)、攝像頭、激光雷達(dá)、行車記錄儀等。

01

PHY芯片是互聯(lián)的關(guān)鍵

以太網(wǎng)物理層芯片（PHY）工作于OSI網(wǎng)絡(luò)七層架構(gòu)的最底層，是有線傳輸通信芯片，用以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的連接。具體而言，PHY芯片連接數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備到物理媒介，并為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒介，處理信號(hào)的正確發(fā)送與接收。

網(wǎng)絡(luò)接口電路一般由CPU、MAC控制器和物理層接口（PHY）組成，PHY整合了多種模擬電路，MAC是全數(shù)字器件。它們通常有以下三種集成結(jié)構(gòu)：1、CPU內(nèi)部集成了MAC和PHY，這種比較少見；2、CPU內(nèi)部集成了MAC，PHY是獨(dú)立芯片，這種比較常見；3、CPU不集成MAC和PHY，MAC和PHY采用獨(dú)立芯片或者集成芯片。

在IC設(shè)計(jì)業(yè)內(nèi)，PHY芯片的研發(fā)門檻是比較高的，這是因?yàn)镻HY芯片要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并把它發(fā)送到通信介質(zhì)上，同時(shí)，從接收到的模擬信號(hào)中恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)，再傳輸?shù)缴蠈有酒幚?。因此，PHY芯片是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)模混合系統(tǒng)，芯片中包含高性能SerDes、ADC/DAC、高精度PLL等AFE設(shè)計(jì)，還包括濾波算法和信號(hào)恢復(fù)等DSP設(shè)計(jì)，其中，模擬電路主要負(fù)責(zé)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，，數(shù)字電路負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的處理，實(shí)現(xiàn)降噪、干擾抵消、均衡、時(shí)鐘恢復(fù)等功能。因此，這種芯片研發(fā)需要深厚的數(shù)字、模擬、算法等全方位的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，還需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)高效配合，不是一般的工程師能夠完成的。

04

車載總線技術(shù)對(duì)比

架構(gòu)的改變和自動(dòng)駕駛傳感器帶來的大量數(shù)據(jù)處理需求，使得帶寬成為下一代汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)車載總線網(wǎng)絡(luò)不同，車載以太網(wǎng)可以提供帶寬密集型應(yīng)用所需的更高數(shù)據(jù)傳輸能力，同時(shí)，其先天技術(shù)優(yōu)勢可以滿足汽車對(duì)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。目前，博世、采埃孚等都提出了下一代汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，特斯拉在Model 3和Model Y中已經(jīng)采用域控制結(jié)構(gòu)。

自動(dòng)駕駛級(jí)別越高，車內(nèi)通信對(duì)高速率網(wǎng)絡(luò)的需求就越迫切，L3以上的自動(dòng)駕駛，需要在車內(nèi)搭配2.5/5/10G以太網(wǎng)，而到了L4/L5自動(dòng)駕駛，車內(nèi)需要引入10G+以太網(wǎng)。因此，高速車載以太網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)L3及以上自動(dòng)駕駛必不可少的配置。

據(jù)以太網(wǎng)聯(lián)盟預(yù)測，隨著汽車智能化應(yīng)用需求推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，未來智能汽車單車以太網(wǎng)端口將超過100個(gè)，這為車載以太網(wǎng)芯片提供了巨大的發(fā)展空間。以Aquantia汽車的ADAS以太網(wǎng)架構(gòu)為例，每一個(gè)傳感器（攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等）都需要部署一個(gè)PHY芯片以連接到ADAS域的交換機(jī)上，每個(gè)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)也需要配置若干個(gè)PHY芯片。

05

中國本土PHY芯片企業(yè)在發(fā)力

目前，全球以太網(wǎng)PHY芯片市場被少數(shù)企業(yè)把持著，經(jīng)過多年發(fā)展和積累，這些廠商憑借資金、技術(shù)、客戶資源、品牌等優(yōu)勢，掌握了大部分市場份額。據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心統(tǒng)計(jì)，博通、美滿電子、瑞昱、德州儀器、恩智浦和微芯穩(wěn)居前列，全球前五大以太網(wǎng)PHY芯片廠商的市場份額占比高達(dá)91%。目前，中國大陸的PHY芯片市場基本被這些國際巨頭主導(dǎo)，市占率達(dá)87%。

近些年，中國本土廠商的技術(shù)能力一直在提升過程中，有望憑借本土快速響應(yīng)能力占據(jù)更多市場份額。目前，國內(nèi)主要以太網(wǎng)PHY芯片廠商包括裕太微，景略半導(dǎo)體，昆高新芯，國科天訊，物芯科技，鑫瑞技術(shù)，以及睿普康等。

在這些廠商中，裕太微是領(lǐng)先企業(yè)，能夠大規(guī)模供應(yīng)千兆以太網(wǎng)PHY芯片，是國內(nèi)首家在車載PHY芯片領(lǐng)域通過OPEN Alliance IOP認(rèn)證的企業(yè)，其2.5G PHY芯片已量產(chǎn)，在技術(shù)實(shí)力和規(guī)模上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，2021年，裕太微產(chǎn)品在以太網(wǎng)PHY芯片市場份額為2%。景略半導(dǎo)體的核心團(tuán)隊(duì)源于美滿電子，主要為車載、工業(yè)、企業(yè)應(yīng)用提供以太網(wǎng)PHY芯片，其車載千兆PHY芯片即將量產(chǎn)。昆高新芯能提供千兆以太網(wǎng)PHY和TSN芯片，是國內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)TSN交換芯片流片的企業(yè)，TSN芯片即將進(jìn)入量產(chǎn)階段。