車載SerDes芯片的定義

車載SerDes芯片是一種在汽車電子系統中發揮關鍵作用的芯片，其中SerDes是Serializer（串行器）和Deserializer（解串器）的簡稱。它實際上包括加串芯片（Serializer）和解串芯片（Deserializer），屬于套片。

其主要功能是把高速數據從車內的一個位置傳輸到另一個位置。例如在汽車的眾多應用場景中，它可以把車前的攝像頭或雷達采集的數據傳輸到主控芯片，也能夠將主控芯片的內容傳輸到駕乘員座位處的顯示屏進行顯示。

在SerDes流行之前，車載芯片之間是通過系統同步或源同步并行接口來傳輸數據的。而SerDes芯片的出現帶來了許多優勢，如減少布線沖突，具有抗噪聲、抗干擾能力強、降低開關噪聲，擴展能力強，更低的功耗和封裝成本等優勢。

從傳輸速率角度看，車載應用的SerDes產品車端基本在2Gb/s以上，雖然相比通信用SerDes（已經達到100 - 200Gb/s）速率較低，但車載應用更多的是對整體產品的可靠、穩定、安全提出了新的要求，包括抗干擾性能、可靠性、低功耗、低延遲和高帶寬以及靈活性和可擴展性等要求。

補充：車載SerDes芯片與其他相關概念的比較

• 與傳統并行接口芯片對比：傳統的車載芯片采用系統同步或源同步并行接口傳輸數據，這種方式在面對日益復雜的汽車電子系統時存在諸多問題。例如，并行接口需要更多的布線，容易產生布線沖突，增加了系統的復雜度和成本。而車載SerDes芯片將多個并行數據信號拆分為較小的數據塊，并以串行方式進行傳輸，大大減少了傳輸線的數量，降低了系統的復雜度和成本，同時提高了傳輸速度和可靠性。

• 與汽車以太網的關系：在整車電子架構集中化趨勢愈發明確的當下，高帶寬數據傳輸需求成為下一代整車電子架構的剛需。汽車以太網是目前市場的主流選擇，但SerDes (ASA)、SerDes (MIPI A - PHY)也被不少企業作為選擇方案。汽車以太網適合一些網絡通訊技術相關的應用，而SerDes在面向ADAS多傳感器的數據連接（非對稱數據點對點）方面有其獨特的優勢，例如寶馬集團就認為SerDes是必要的和正確的技術，可用于傳感器、顯示屏與域控制器的數據交互，其帶寬能力在不同的標準下有所不同，如SerDes (ASA)可以提供3.6到13Gbps的帶寬能力，SerDes (MIPI A - PHY)則可以提升至16Gbps以上。

車載SerDes芯片的工作原理

SerDes是一種高速串行數據傳輸技術，其工作原理類似于書籍翻頁：將一本厚重的書分解成一頁一頁的內容，依次翻閱并重新組合。

具體來說，SerDes將多個并行數據信號拆分為較小的數據塊，并以串行方式進行傳輸，然后在接收端將這些數據塊重新組合成完整的并行數據。

從結構上看，SerDes主要包括三個模塊：PLL（Phase Locked Loop，鎖相環）模塊、發送模塊Tx和接收模塊Rx。發送模塊包括編碼器、驅動電路和FFE（Feed - Forward Equalizer）均衡器，用于將并行數據轉換為串行信號并進行驅動；接收模塊包含線性均衡器、解碼器和接收電路，用于接收串行信號并將其恢復為并行數據。

在傳輸過程中，SerDes信道內只傳輸串行數據，而不傳輸時鐘信號，可以有效避免高帶寬時鐘信號偏移的問題。并且，SerDes可分為不同的架構協議，其中常被業界稱為LVDS（Low Voltage Differential Signal）的接口是SerDes中最常用的硬線接口，具有高速率（Gbps級）、低延遲、低功耗等特點，主要用于傳輸攝像頭和Display視頻信號，從而被廣泛應用在電信、消費類電子產品、數據中心和云計算等領域，在車載領域也被用于攝像頭到ECU之間的長距離數據傳輸等場景。

補充：不同模塊在工作原理中的作用

• PLL模塊：PLL（鎖相環）模塊在SerDes芯片的工作中起到了至關重要的作用。它主要用于產生穩定的時鐘信號，這個時鐘信號對于整個數據傳輸過程的準確性和穩定性至關重要。在高速串行數據傳輸中，時鐘信號的穩定性直接影響到數據的采樣和恢復。PLL模塊能夠根據輸入信號的頻率和相位，生成與輸入信號同步的本地時鐘信號，并且能夠對時鐘信號進行倍頻或分頻操作，以滿足不同的傳輸需求。例如，當需要提高數據傳輸速率時，PLL模塊可以將時鐘信號倍頻，從而使得發送模塊能夠以更高的頻率發送數據，在接收端，PLL模塊也能夠為接收模塊提供合適的時鐘信號，以便準確地恢復出原始的并行數據。

• 發送模塊Tx：發送模塊Tx中的編碼器負責將原始的并行數據按照一定的編碼規則進行編碼，將其轉換為適合串行傳輸的格式。編碼的目的是為了提高數據傳輸的可靠性和效率，例如通過增加冗余信息來檢測和糾正傳輸過程中的錯誤。驅動電路則將編碼后的信號進行放大和整形，使其能夠在傳輸介質（如銅線或光纜）上進行有效的傳輸。FFE（Feed - Forward Equalizer）均衡器的作用是對信號進行預加重處理，以補償信號在傳輸過程中由于高頻衰減而產生的失真。在高速串行數據傳輸中，信號的高頻分量往往衰減得更快，導致信號的失真，FFE均衡器通過增強信號的高頻分量，使得接收端能夠接收到更準確的信號。

• 接收模塊Rx：接收模塊Rx中的線性均衡器主要用于對接收的信號進行均衡處理，以補償信號在傳輸過程中的失真。由于信號在傳輸過程中會受到各種因素的影響，如傳輸介質的損耗、電磁干擾等，導致信號的幅度和相位發生變化，線性均衡器通過調整信號的幅度和相位，使得信號能夠恢復到接近原始發送的狀態。解碼器則負責將接收到的串行信號按照與發送端相反的編碼規則進行解碼，將其還原為原始的并行數據。接收電路最后將解碼后的并行數據進行處理，如進行數據緩存、錯誤檢測等操作，以確保數據的完整性和正確性。

車載SerDes技術在汽車的多個系統中有著廣泛的應用場景。

一、攝像頭系統

在自動駕駛和高級駕駛輔助系統（ADAS）中，攝像頭起著至關重要的作用，而SerDes技術用于將車載攝像頭采集的視頻數據高速傳輸至中央處理單元，以實現實時圖像處理和分析。隨著汽車對安全性和智能化的要求不斷提高，攝像頭的數量和分辨率也在不斷增加，這就需要高速、穩定的數據傳輸技術，車載SerDes芯片正好滿足這一需求。例如，現代汽車可能配備多個攝像頭用于環視、前視、后視等不同功能，這些攝像頭產生的大量視頻數據需要及時、準確地傳輸到相關的處理單元，以便對車輛周圍的環境進行準確的感知和判斷。

二、雷達系統

在汽車的雷達系統中，無論是毫米波雷達還是激光雷達，SerDes用于將雷達傳感器的數據快速傳輸至計算單元，提升車輛對周圍環境的感知能力。雷達傳感器可以檢測車輛周圍的物體距離、速度等信息，這些數據對于自動駕駛、防撞預警等功能至關重要。車載SerDes芯片能夠確保這些數據以低延遲、高帶寬的方式傳輸，從而使車輛能夠及時做出響應。例如，在自適應巡航控制功能中，雷達系統需要不斷地將前方車輛的距離和速度信息傳輸給車輛的控制系統，車載SerDes芯片可以保證數據傳輸的實時性和準確性，確保車輛能夠根據這些信息自動調整車速，保持安全的跟車距離。

三、顯示系統

將高分辨率視頻信號從主控芯片傳輸至儀表盤、后視鏡顯示器、中控顯示屏等是車載SerDes芯片的另一個重要應用場景。駕駛員需要從這些顯示器上獲取各種信息，如車速、導航信息、車輛狀態等，清晰、準確的顯示對于駕駛安全至關重要。SerDes芯片能夠以高速率、低延遲的方式傳輸視頻信號，保證顯示內容的及時性和清晰度。例如，在智能座艙的概念下，中控顯示屏可能需要顯示高清的多媒體內容、車輛信息以及與手機等設備的互聯信息，車載SerDes芯片可以滿足這些高帶寬數據傳輸的需求，確保顯示效果的流暢性和清晰度。

補充：新興應用場景及未來發展方向

• 新興應用場景

• 車 - 車（V2V）和車 - 基礎設施（V2I）通信：隨著智能交通系統的發展，車 - 車（V2V）和車 - 基礎設施（V2I）通信變得越來越重要。車載SerDes芯片可以在這些通信場景中發揮作用，用于傳輸車輛與車輛之間、車輛與路邊基礎設施（如交通信號燈、路邊傳感器等）之間的高速數據。例如，車輛可以通過V2I通信從交通信號燈獲取實時的交通信號狀態和配時信息，從而優化行駛路線和速度；在V2V通信中，車輛可以互相交換位置、速度、行駛意圖等信息，提高道路安全性和交通效率。雖然目前這些應用還處于發展階段，但車載SerDes芯片的高速數據傳輸特性使其具有很大的應用潛力。

• 車內娛樂系統升級：現代消費者對車內娛樂體驗的要求不斷提高，如高清視頻播放、虛擬現實（VR）/增強現實（AR）體驗等。車載SerDes芯片可以為這些高端娛樂應用提供高速的數據傳輸支持，將高質量的音頻和視頻內容從存儲設備或流媒體源傳輸到車內的娛樂設備（如后排娛樂顯示屏、頭戴式顯示設備等）。例如，在支持VR游戲的車內娛樂系統中，需要大量的實時數據傳輸來保證游戲的流暢性和沉浸感，車載SerDes芯片能夠滿足這種高帶寬、低延遲的傳輸要求。

• 未來發展方向

• 與更多傳感器的融合：隨著汽車智能化程度的進一步提高，未來汽車將配備更多種類的傳感器，如生物識別傳感器（用于駕駛員狀態監測）、環境傳感器（如空氣質量傳感器、濕度傳感器等）等。車載SerDes芯片將需要與這些新的傳感器進行集成，以實現數據的高效傳輸和融合處理。例如，生物識別傳感器采集的駕駛員生理數據（如心率、疲勞狀態等）可以與其他車輛數據（如車速、路況等）一起傳輸到車輛的控制系統，從而實現更加個性化和智能化的駕駛輔助功能。

• 支持更高的分辨率和幀率：無論是攝像頭還是顯示屏，未來都將朝著更高的分辨率和幀率發展。車載SerDes芯片需要不斷提升自身的性能，以滿足這些設備對于數據傳輸速度和帶寬的更高要求。例如，8K甚至更高分辨率的車載攝像頭和顯示屏將成為未來的發展趨勢，車載SerDes芯片需要能夠以足夠高的速率傳輸這些高分辨率圖像和視頻數據，確保圖像的清晰和流暢顯示。

車載SerDes芯片的主要品牌

在車載SerDes芯片領域，有多個知名品牌。

一、德州儀器（TI）

德州儀器（TI）是一家在半導體領域具有廣泛影響力的公司，其推出的FPD - Link系列車載SerDes芯片在市場上占據重要地位。TI的車載SerDes芯片解決方案在全球車載顯示SerDes與車載攝像頭SerDes市場中擁有較高的市場份額，與眾多汽車制造商和供應商有著廣泛的合作關系。其產品以性能穩定、技術成熟而著稱，能夠滿足汽車電子系統對于數據傳輸的高要求，例如在抗干擾性能、可靠性、低功耗等方面都有出色的表現。

二、美信半導體（Maxim）

美信半導體（Maxim）的GMSL系列車載SerDes芯片也是市場上常用的解決方案之一。美信半導體在半導體行業也擁有深厚的技術積累和豐富的產品線，其GMSL系列產品在車載攝像頭和顯示等應用場景中被廣泛采用。該公司的車載SerDes芯片在數據傳輸速率、信號完整性等方面表現優秀，并且能夠適應復雜的車載環境要求，與TI公司一起占據了全球車載顯示SerDes與車載攝像頭SerDes市場的95%左右，在行業內具有很強的競爭力。

三、慷智集成電路（上海）有限公司（AIM）

慷智集成電路（上海）有限公司（AIM）推出的AHDL車載SerDes芯片是國產車載SerDes芯片的代表之一。隨著中國本土車載SerDes供應商的崛起，慷智受到了小米集團、合創資本等產業資本的看好。其產品在滿足國內汽車制造商對于車載SerDes芯片需求的同時，也在逐步提升在國際市場上的競爭力，為打破國外品牌在車載SerDes芯片市場的壟斷做出了貢獻。

四、Inova Semiconductors

Inova Semiconductors的APIX車載SerDes芯片也是行業內的重要產品之一。該公司在車載SerDes芯片技術研發方面投入較大，其APIX產品在汽車電子系統中的數據傳輸方面有著獨特的優勢，例如在特定的應用場景下能夠提供更高的帶寬或者更低的延遲，滿足一些對數據傳輸要求較為苛刻的汽車電子設備的需求。

五、羅姆（Rohm）

羅姆（Rohm）的Clockless Link車載SerDes芯片在市場上也有一定的份額。羅姆在半導體元器件制造方面具有豐富的經驗，其Clockless Link產品在車載數據傳輸領域能夠提供可靠的解決方案，在一些對成本、性能和可靠性有綜合要求的汽車電子應用場景中得到了應用。

補充：各品牌在市場競爭中的優劣勢

• 德州儀器（TI）和美信半導體（Maxim）

• 私有協議限制：TI和美信半導體采用的是私有標準（私標），這意味著他們的加串芯片和解串芯片必須使用同一家公司的芯片。這種私有協議在一定程度上限制了汽車制造商的選擇，并且當汽車制造商想要更換供應商或者進行平臺升級時，可能會面臨較大的困難，容易形成對這兩家公司的依賴。

• 面臨公標產品競爭壓力：隨著公有標準（公標）的發展，如ASA聯盟發布的ASA標準和MIPI組織發布的A - PHY標準等，由多個企業聯合制定的公標具有開放性和通用性的優勢。雖然目前公標產品尚未完全普及，但在未來的發展趨勢下，TI和美信半導體可能會面臨來自公標產品的競爭壓力。

• 技術成熟度高：這兩家公司在半導體行業歷史悠久，擁有大量的專利技術和豐富的研發經驗。他們的車載SerDes芯片產品經過了長時間的研發和市場驗證，在技術上非常成熟，能夠穩定地滿足汽車電子系統對于數據傳輸的各種要求。

• 市場份額大：TI和美信半導體憑借其早期進入市場的優勢以及優秀的產品性能，占據了全球車載顯示SerDes與車載攝像頭SerDes市場的95%左右。這使得他們在與汽車制造商和供應商的合作中具有很強的議價能力，并且能夠通過大規模生產降低成本。

• 生態系統完善：由于市場份額大，與他們合作的上下游企業眾多，形成了完善的生態系統。例如，有大量的汽車制造商習慣使用他們的產品，同時也有眾多的供應商為其提供配套的技術支持和服務，這進一步鞏固了他們的市場地位。

• 優勢：

• 劣勢：

• 慷智集成電路（上海）有限公司（AIM）等國產供應商

• 技術起步晚：相比TI和美信半導體等國際巨頭，國內的車載SerDes芯片供應商技術起步較晚，在半導體產業制備工藝等方面還存在一定的差距。這可能導致其產品在性能、可靠性等方面暫時不如國外品牌，需要花費更多的時間和精力進行技術追趕。

• 品牌影響力較弱：在國際市場上，國產車載SerDes芯片品牌的知名度和影響力相對較低，這可能會影響其在國際市場的拓展，尤其是在與國際知名汽車制造商合作時，可能會面臨信任度不高的問題。

• 國產替代潛力大：隨著國內汽車市場的不斷發展，對于國產車載SerDes芯片的需求也在增加。國產供應商如慷智等在滿足國內汽車制造商對于成本、定制化服務等方面具有一定的優勢，并且能夠得到國內產業資本的支持，有利于其產品的研發和市場推廣。

• 政策支持：在國家大力推動半導體產業自主發展的政策背景下，國產車載SerDes芯片供應商能夠享受到相關的政策優惠和扶持，這有助于他們在技術研發、生產制造等方面的發展，縮小與國外品牌的差距。

• 優勢：

• 劣勢：

車載SerDes芯片的發展趨勢

一、標準趨向統一化

目前車載SerDes芯片存在私有標準（私標）和公有標準（公標）之分。像TI、ADI等企業專用的標準為私標，而由ASA和MIPI等組織牽頭制定的是公標，如ASA聯盟發布的ASA標準、MIPI組織發布的A - PHY標準以及中國汽標委發布的HSMT標準等。

隨著汽車行業的發展，公有標準的發展趨勢愈發明顯。車廠有充足的動力打破私有協議主導的市場格局，因為私標存在加串芯片和解串芯片必須使用同一家公司的芯片的限制，使得汽車制造商在選擇和升級產品時受到束縛。而公有標準生態正處于起步階段，一旦進入拐點會加速成熟，五年內有機會成為主流技術路線。雖然目前ASA標準發展速度較慢，但從國內情況看，主要競爭體現在HSMT和M

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