PHY芯片向高速多端口發(fā)展，車載以太網(wǎng)PHY正在迅速起量

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）PHY芯片是物理層芯片的簡稱，是通信系統(tǒng)中基礎(chǔ)常見也必不可少的芯片。物理層芯片負(fù)責(zé)在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，同時(shí)在接收端將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，在通信系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。

物理層PHY芯片指定了電信號(hào)類型、信號(hào)速度、介質(zhì)和連接器類型以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，根?jù)應(yīng)用的通信標(biāo)準(zhǔn)包括了以太網(wǎng)、USB、CAN、PCIe等等不同應(yīng)用，最熟悉的還是以太網(wǎng)PHY應(yīng)用，PHY芯片的設(shè)計(jì)和性能直接關(guān)系到數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接的PHY芯片

物理層在OSI標(biāo)準(zhǔn)體系中，位于七層模型中的最底層，物理層定義了接口的物理特性，定義了數(shù)據(jù)傳輸速率、信號(hào)傳輸模式，定義了網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)?。其作用就是?fù)責(zé)利用傳輸介質(zhì)為上層的數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，讓數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸。

具體到PHY芯片設(shè)計(jì)，物理層芯片是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)模混合芯片系統(tǒng)。芯片中包含高性SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE設(shè)計(jì)，同時(shí)也包括濾波算法和信號(hào)恢復(fù)等DSP設(shè)計(jì)。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。整個(gè)物理層芯片的研發(fā)需要深厚的數(shù)字、模擬、算法全方位的技術(shù)積累。

有線傳輸里，以太網(wǎng)無疑是主流技術(shù)，尤其是隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體應(yīng)用等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)增長，以太網(wǎng)已經(jīng)成為首選協(xié)議，以太網(wǎng)PHY也是現(xiàn)在最受關(guān)注物理層芯片。

以太網(wǎng)物理層芯片承擔(dān)了將線纜上的模擬信號(hào)和設(shè)備上層數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的職能，如此才能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備的通信。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，多速率、多端口的以太網(wǎng)物理層芯片更是現(xiàn)在的熱門產(chǎn)品。

以太網(wǎng)PHY實(shí)施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各種以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的不同，目前市場上基于銅雙絞線的獨(dú)立的以太網(wǎng)物理層芯片產(chǎn)品也可以分為百兆PHY、千兆PHY、2.5G PHY、5G PHY、10G PHY這幾個(gè)主要類別。

強(qiáng)勢增長的車載以太網(wǎng)PHY，以太網(wǎng)PHY規(guī)模持續(xù)上升

以太網(wǎng)PHY行業(yè)規(guī)模根據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球以太網(wǎng)物理層芯片市場規(guī)模約為120億元，2022年市場規(guī)模約在150億元，未來會(huì)保持25%以上的年復(fù)合增長率。

以太網(wǎng)PHY的持續(xù)增長和以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展有著密切關(guān)系，根據(jù)IDC的預(yù)測，到2025年全球的數(shù)據(jù)量將達(dá)到175 ZB，數(shù)據(jù)量的增長帶動(dòng)了市場對(duì)高帶寬和高速度網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備基礎(chǔ)芯片的需求。

不論是百兆、千兆以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，還是200/400G以太網(wǎng)超高的帶寬在數(shù)據(jù)中心等寬密集型領(lǐng)域的應(yīng)用，甚至未來更先進(jìn)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，以太網(wǎng)作為核心局域網(wǎng)技術(shù)，其物理層芯片的發(fā)展一路向好。

以太網(wǎng)PHY芯片上，現(xiàn)在關(guān)注度很高的是車載以太網(wǎng)PHY賽道。此前速度高達(dá)500Kbps的CAN總線架構(gòu)在幾十年間一直是大多數(shù)車輛通信網(wǎng)絡(luò)的中堅(jiān)支柱，然而高級(jí)車輛自動(dòng)化功能所需的數(shù)據(jù)帶寬過大，單憑CAN無法滿足需求。

即便升級(jí)到CAN FD，提升了傳輸速率，在當(dāng)前和未來自動(dòng)駕駛和功能安全的需求之下，這樣的性能仍然顯得不太夠用，車載網(wǎng)絡(luò)向以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展是趨勢。

目前車載以太網(wǎng)PHY芯片主要應(yīng)用于中央計(jì)算系統(tǒng)、ADAS系統(tǒng)及IVI系統(tǒng)等領(lǐng)域，根據(jù)佐思汽研的分析，按照各系統(tǒng)單車PHY芯片平均用量以及PHY芯片均價(jià)測算，2022年中國乘用車市場車載以太網(wǎng)PHY芯片市場規(guī)模為58億元。

未來隨著車內(nèi)以太網(wǎng)進(jìn)一步向車內(nèi)其他領(lǐng)域滲透，單車芯片用量不斷增多，且高速率PHY芯片的占比逐步提升，會(huì)抵消單一型號(hào)芯片價(jià)格的下降。預(yù)計(jì)到2025年，中國乘用車市場的車載以太網(wǎng)PHY芯片市場規(guī)模將達(dá)到218.7億元。

PHY芯片廠商動(dòng)向與進(jìn)展

在PHY芯片領(lǐng)域，行業(yè)頭部廠商占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額。博通、美滿和瑞昱在全球市場有著巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢，加上TI、高通、微芯，這六家廠商占據(jù)超九成的市場。在車載以太網(wǎng)PHY上，美滿、博通、瑞昱、TI和NXP五家?guī)缀跽紦?jù)了車載全部的市場份額。

作為一個(gè)高技術(shù)壁壘、高集中度的行業(yè)，PHY芯片的市場格局在相當(dāng)長一段時(shí)間里沒有大的變動(dòng)。隨著近幾年國內(nèi)對(duì)以太網(wǎng)芯片的重視與持續(xù)推進(jìn)，一些大陸自給的PHY芯片出現(xiàn)并開始在賽道上發(fā)力，雖然目前難以對(duì)整個(gè)行業(yè)格局有影響，但是不可小覷。

博通去年推出具有集成跨阻放大器和激光驅(qū)動(dòng)器的5nm 100G/通道光學(xué)PAM-4 DSP PHY BCM85812，這款完全集成的DSP PHY能夠?yàn)槌笠?guī)模數(shù)據(jù)中心和云提供商提供性能和效率提升，并將整體系統(tǒng)功耗進(jìn)一步降低。

接著在ECOC2023上，博通進(jìn)一步推了5nm 200G/lane光學(xué)PAM-4 DSP PHY--Sian BCM85822，200G/lane串行光接口目前是為800G和1.6T可插拔模塊提升性能并降低功耗，為下一代交換機(jī)和擴(kuò)展AI工作負(fù)載做準(zhǔn)備。車載PHY方面，博通的BCM8989X系列器件已經(jīng)可以做到10G/5G/2.5GBASE-T1。

美滿正在轉(zhuǎn)向3nm用于PHY芯片設(shè)計(jì)，Alaska F系列已經(jīng)做到八端口，G系列無風(fēng)扇、無散熱器的設(shè)計(jì)進(jìn)一步加強(qiáng)了熱效率封裝。M系列的多速率連接功耗極低，10G PHY在同類產(chǎn)品中擁有業(yè)界最低的功耗、最高的性能和最小的外形尺寸。同時(shí)在車載PHY上，美滿的千兆PHY方案通過集成MACsec等技術(shù)，技術(shù)性能仍然領(lǐng)先不少。

用以太網(wǎng)物理層芯片切入市場的裕太微電子是大陸極少數(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模銷售的以太網(wǎng)物理層芯片供應(yīng)商。雖然2023年在下游需求萎靡，終端客戶端多數(shù)還處于去庫存階段的背景下，裕太微電子業(yè)績壓力很大，但是在PHY芯片上的研發(fā)上仍然在加大投入。

目前裕太微電子2口千兆PHY、車載千兆PHY芯片都已量產(chǎn)出貨，并且還在陸續(xù)放量。旗下2.5G以太網(wǎng)物理層芯片在2023年已實(shí)現(xiàn)超過兩千萬元的營收，在Wi-Fi6、Wi-Fi7路由器以及光貓等產(chǎn)品上的應(yīng)用還會(huì)進(jìn)一步增加。車載業(yè)務(wù)也發(fā)展的不錯(cuò)，去年?duì)I收也在千萬級(jí)，雖然起量不會(huì)很快但是前景樂觀。

另一家國產(chǎn)PHY廠商景略基于EtherNext技術(shù)，提供三個(gè)系列PHY產(chǎn)品，分別是針對(duì)車載IVN的Cheetah系列、工業(yè)應(yīng)用的Antelope系列和企業(yè)解決方案的SailFish系列。目前千兆PHY已經(jīng)量產(chǎn)，后續(xù)會(huì)深化在車載全棧高速網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的投入，如車載萬兆PHY。

小結(jié)

隨著各領(lǐng)域?qū)νㄐ偶夹g(shù)的要求越來越高，可以看到百兆正在被千兆取代，而千兆也開始慢慢被2.5G/5G/10G取代，PHY芯片在未來應(yīng)用的空間很大，國內(nèi)外廠商也都在向更高速更多端口的方向進(jìn)行技術(shù)研發(fā)以匹配未來通信系統(tǒng)需求。

此外，車載以太網(wǎng)PHY也是被各家廠商看好的賽道，未來的市場增量相當(dāng)大，在國產(chǎn)PHY逐漸崛起的形勢下，該細(xì)分賽道有很多機(jī)會(huì)。