市场规模不亚于SoC,车载通讯网络市场“大战在即”

随着整车电子架构的集中化趋势愈发明确,在传感器、计算平台等等核心关键环节的背后,整车线束的“减量”以及数据传输、车内网络通讯问题已经成为新的关注焦点。

其中,对于车内通讯网络的要求,包括高带宽、低延迟和高可靠性,以适应智能汽车尤其是自动驾驶对于运行环境的高要求。在过去,包括CAN、FlexRay、LIN、LVDS和面向媒体的系统传输(MOST)、以太网等多种车内数据传输总线被应用于量产。

而高带宽数据传输需求,正在成为下一代整车电子架构的刚需,也是架构规划的关键一环。

这其中,汽车以太网是目前市场的主流选择。SerDes (ASA)、SerDes (MIPI A-PHY)也在被不少企业作为选择方案。前者可以提供3.6到13Gbps的带宽能力,后者可以提升至16Gbps以上,主要应对传感器、显示屏与域控制器的数据交互。

比如,参与SerDes(ASA)标准制定的宝马公司,就认为,SerDes是必要的和正确的技术,尤其是面向ADAS多传感器的数据连接(非对称数据点对点),而以太网是一种适合其他应用的网络通讯技术。

不过,多种技术的并存,意味着,短期内是权宜之计,但缺点是,在跨域数据传输时,网关的重要性和复杂性会增加,这将增加带来额外的成本。

另一种策略,是通过在每个传感器端侧增加数据处理和压缩机制,再通过高速点对点链路进行数据传输。这种方法的缺点也非常明显,传感器的成本将会上升,还有散热要求。

一、

SerDes是SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称,是一种主流的时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术,能提供比并行传输更高带宽,并广泛用于嵌入式高速传输领域。

2019年,宝马、博通、大陆集团、Marvell、NXP等多家巨头联合组建了汽车SerDes联盟(ASA),目的是为了制定满足汽车级应用要求的SerDes连接标准,不过,市面上的SerDes解决方案供应商,比如德州仪器(FPD-Link)、Maxim(GMSL)都不在列。

目前上车的高速SerDes主要用在传输摄像头和视频信号,这种在业界常被称做LVDS(Low Voltage Differential Signal)的接口具有高速率(Gbps级)、低延迟、低功耗的特点。不管Camera Link还是Display Link,目前都是LVDS方案。

市场规模不亚于SoC,车载通讯网络市场“大战在即”

其中,Camera Link是主机接收摄像头传出的视频信号时使用的,Display Link是主机向显示屏发送视频信号时使用的。因为视频的时钟源不同,以及Display Link对于HDCP之类的额外需求,这两类LVDS方案对应着不同的收发器IC。

不过,市面上常见的仍然是德州仪器、Maxim等几家公司的产品;比如,Maxim的GMSL SerDes技术,可有效替代无压缩以太网传输,数据速率提高10倍,电缆损耗降低50%,EMC性能优于以太网。Maxim的GMSL芯片组驱动15米长的同轴或STP电缆。

而德州仪器的FPD-Link系列(目前是FPD-Link III),则依靠该公司在早期数字座舱、ADAS等主芯片市场的份额优势,也迅速成为车载高速SerDes解决方案的主要选择项。目前,德州仪器、Maxim占据车载LVDS方案市场的大部分份额。

但随着整车电子架构对于高带宽传输的需求,目前类似Maxim的GMSL量产供货产品提供的最高3.12Gbps的传输速率,还无法满足后续集中式中央计算的应用需求。

ASA联盟的目标,就是支持5种不同的等级,从2Gbps到16Gbps,满足后续车载摄像头(高像素),显示屏和其他需要高数据速率的功能应用。而其中,宝马公司的态度非常微妙。

几年前,博通开始推出名为BroadR-Reach的汽车以太网标准,此后该标准升级为IEEE 802.3bw 100BASE-T1,而宝马公司正是最早采取这种做法的汽车制造商之一。

如今,宝马选择押宝SerDes,原因很简单:延迟。尽管相比来说,以太网的成本更低。而成本对于汽车制造商来说,往往是优先考虑的关键问题之一。但,对于依赖数据质量的智能汽车来说,最终的主流方案需要很多考量。

目前,汽车以太网的数据吞吐要略低于LVDS,这意味着,视频等图像信息需要解压缩,这增加了延迟的问题。尽管一些公司通过优化编码器、传输和解码器,可以将延迟保持在几毫秒以下。不过,考虑到车辆的行车速度,延迟就意味着安全风险的增加。

此外,对于仪表、电子后视镜等关键安全显示应用,人眼和显示屏的延迟差异,同样会造成一定的安全风险。同时,图像传感器在不同光线下可能产生的噪声,加上压缩和解压过程中丢失的图像精度会产生叠加的负面影响。

这意味着,从传统的专有解决方案到新标准(ASA/MIPI),新的市场空间正在被打开。而对于目前处于智能网联渗透率快速增长的中国市场来说,芯片国产化机会也将凸显。

目前,在高清视频传输领域,来自中国的瑞发科半导体已经成功研发出了新一代数字高清视频传输技术AVT (Advanced Video Transport,类似LVDS),具有数字高清视频远距离实时传输、低成本、易于未来升级等优点,并提供基于AVT技术的完整芯片解决方案。

作为中国本土具有自主知识产权的高速数据传输技术,基于AVT的芯片组从高清到超高清,完全覆盖和满足实时视觉无损和超低延时的视频场景应用的需求。

公开信息显示,AVT技术的视觉无损帧内压缩算法,同样图像质量下,所需速率不到M-JPEG所需传输速率的1/2。同时,压缩率2~30倍可配置,10倍压缩率下小于-40 dB损失,远小于ISP对图像的影响,满足ADAS视频分析算法要求。

最关键的是,AVT传输接口使用270 Mbps或以下速率,有效降低线材与连接器成本及系统设计复杂性,从而适用于乘用车(8~10m)到商用车(30-50m)传输方案的可扩展性。同时,这套方案后续还将搭载瑞发科自研的ISP,LVDS最高速率可达到12Gbps。

二、

而对于汽车芯片市场来说,芯片用量规模远胜于单颗芯片的价格。

以高工智能汽车研究院监测数据显示,今年1-9月中国市场新车搭载摄像头超过1900万颗,同比增长超过60%;同期,10英寸及以上中控显示屏搭载量626.14万块,同比增长67.8%;全尺寸液晶仪表搭载量为452.35万块,同比增长79.06%。

市场规模不亚于SoC,车载通讯网络市场“大战在即”

显然,相比汽车以太网,LVDS的需求正处于暴增周期。此外,从市场规模测算,目前,LVDS芯片的单价是SoC的1/10左右,考虑到单车搭载摄像头及显示屏数量的继续增加,市场规模不容小视。这还不包括未来4D成像雷达等其他传感器的数据传输需求。

同时,ASA联盟在去年宣布完成汽车SerDes标准v1.0版本发布后,同时提出了面向未来的基于SerDes的包含非对称高速、千兆数据传输安全性的解决方案。

按照数据测算,基于SerDes方案,相比于目前的汽车以太网方案,系统BOM成本和功率都可以实现40-50%的下降,同时,高质量的原始视频更容易同步,并且保持较低的延时。

这被视为车内通讯网络的一个重要转折点。

同时,对于现有市场解决方案的互通性以及数据安全协议将带来变革。尤其是,驾驶员辅助/自动驾驶系统以及信息娱乐应用对于数据隐私的要求也已经成为政策关注焦点。

ASA从一开始就对安全性进行了优先考虑,并定义了一个由两部分组成的安全解决方案,通过定制的密钥管理机制来保护数据通讯,同时甚至允许没有微控制器的小型设备在整个设备生命周期中得到相关的保护。

不过,汽车以太网方案提供商也在争取市场。

比如,Marvell在上周正式推出全球首个Multi-Gig汽车以太网摄像头桥接解决方案,用于分发未压缩的视频,支持时间同步、兼容10GBASE-T1 PHY、IEEE 802.1AE MACsec安全以及时间敏感网络等多层通信堆栈。

按照该公司的说法,这套解决方案是目前SerDes解决方案的一个有吸引力的替代方案,用于未来在车内传输视频数据,满足高性能、超动态范围图像传感器的原始数据传输需求。

但,对于工程师来说,面临的挑战是如何通过新的电子架构降低车内网络通讯的复杂性。而对于SerDes解决方案来说,当下最大的问题就是快速解决互操作性,并满足关键任务功能的性能标准,这一点至关重要。

在业内人士看来,拥有一个具有成本效益和性能优化的车载网络架构来支持智能座舱、自动驾驶等主要应用是一个关键的挑战,行业正在寻找正确的解决方案。但短期内,谁将最终主导市场还有待观察。

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转载自blog.csdn.net/GGAI_AI/article/details/121859450
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