1、SerDes概述

SerDes（Serializer/Deserializer）：一種高速串行數據傳輸技術，通過將多路低速并行信號轉換成高速串行信號，并在傳輸過程中保持數據的完整性和準確性，實現高效的數據傳輸。

圖：SerDes的概念

它的工作原理類似于書籍的翻頁：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。類似地，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。在汽車行業中，SerDes技術的應用日益廣泛，為車載電子系統提供了可靠的數據傳輸解決方案。

圖：并行傳輸和加入SerDes的串行數據傳輸對比

2、SerDes的應用場景

在現代汽車中，各種傳感器、攝像頭、雷達和通信設備等組件產生的數據量巨大，需要高速、可靠的數據傳輸。SerDes技術通過將數據轉換為高速串行信號，并通過傳輸媒體（如光纜或銅線）進行傳輸，滿足了大規模數據傳輸的要求。同時，由于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。

圖：from是德科技，車輛上包含多種數據速率的車載網絡

3、SerDes的結構

SerDes的結構主要包括三個模塊：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。

圖：一個典型的SerDes結構框圖

在發送模塊中，輸入的并行數據經過轉換電路后，通過編碼器和擾碼器進行串行加密，然后通過FFE均衡器進行信號調節，并通過驅動電路發送出去。在接收模塊中，接收到的串行信號經過線性均衡器和判決反饋均衡器處理，然后經過時鐘恢復電路進行解串操作，并通過接收電路將數據恢復為并行信號。SerDes讓汽車電子系統可以實現高速、可靠的數據傳輸，減少線纜數量，降低功耗。這使得SerDes在汽車中得到了廣泛應用。

并行數據傳輸的特點：多對多連接、能耗更大、因為封裝復雜使得IC更大、易受電磁干擾、增加延遲、skew平衡要求挑戰大。

串行數據傳輸的特點：一對一連接、節省電力、更少的管腳使得IC更緊湊、電磁性能更可靠、可以從數據恢復時鐘、幾乎無延遲。

4、SerDes的應用領域和解決方案

SerDes技術在大通量、低延時的數據傳輸場景中發揮著重要作用，并且在電信、消費類電子產品、數據中心和云計算等領域得到廣泛應用。近年來，隨著新能源汽車對攝像頭的廣泛應用，SerDes技術也被引入車端。

目前，高速SerDes技術主要用于傳輸攝像頭和Display視頻信號。其中，業界常用的接口之一是LVDS（低壓差分信號）接口，具有高速率（Gbps級）、低延遲和低功耗的特點。此接口不僅能傳輸大量數據，還帶有控制信號的雙向通道，實現數據傳輸同時具備雙向控制功能。

在汽車應用中，當前的SerDes解決方案通常是專用的，這意味著如果不是所有組件都采用同一芯片供應商的方案，組件之間可能無法互相搭配使用。目前市場上有多種可用的解決方案，包括：

TI的FPD-Link：用于車載攝像頭的高速視頻傳輸解決方案。

Maxim的GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）：提供高速、可靠的傳輸解決方案，適用于車輛內部多種視頻和數據傳輸。

Inova Semiconductors的APIX（Automotive Pixel Link）：用于高帶寬視頻和數據傳輸的解決方案，適用于車載顯示和攝像頭系統。Inova可提供APIX專有芯片，也可將其作為IP授權。APIX3的典型應用是汽車信息娛樂和娛樂系統，提供從1.5 Gbit / s，3 Gbit / s，6 Gbit / s到12 Gbit / s的帶寬操作模式。

Rohm的clossless link：提供無壓縮傳輸的高速SerDes解決方案，用于車載多媒體和顯示應用。

在SerDes技術的芯片方面，涉及到多個廠商。以下是一些主要的供應商：

博通（Broadcom）：提供高性能的SerDes芯片，用于支持高速數據傳輸和通信需求。

新思（Synopsys）和Cadence：SerDes IP提供商，他們提供SerDes IP核心，可用于集成到自定義芯片設計中，以滿足不同應用領域的需求。

TI（德州儀器）和Maxim：在車載攝像頭和顯示方面提供SerDes芯片。它們的產品被廣泛應用于汽車領域，支持高速數據傳輸和視頻信號處理。

綜上所述，SerDes技術的產品形態多樣，不同供應商提供的SerDes芯片和解決方案可以滿足各種應用需求，推動了數據傳輸技術的發展和創新。

5、車載SerDes芯片的應用和研發要求

車載SerDes被廣泛應用于汽車攝像頭與電子控制單元（ECU）之間的長距離數據傳輸。它扮演著將攝像頭采集到的視頻數據傳輸給ECU進行處理和分析的關鍵角色。車載應用給SerDes帶來了更高的要求：

抗干擾性能：車載SerDes需要具備強大的抗干擾能力，能夠在車輛行駛過程中穩定傳輸數據，不受來自引擎、電動機、無線電通信設備等電磁干擾源的影響。

可靠性：車載SerDes需要具備更高的可靠性，以確保在復雜的道路條件、溫度變化和震動等因素下，數據傳輸的穩定性和可靠性。這對SerDes的設計和制造提出了更高的要求。

低功耗：車載SerDes需要具備低功耗的特性，以降低整車系統的能耗，延長電池壽命。相比一般的SerDes，車載SerDes需要在功耗方面進行優化。

延遲和帶寬：隨著汽車內部電子系統的復雜性增加，對延遲和帶寬的需求也在不斷提高。例如，在自動駕駛汽車中，需要實時傳輸大量高清視頻和傳感器數據。因此，車載SerDes需要具備低延遲和高帶寬的能力，以滿足對實時性和數據處理能力的要求。

靈活性和可擴展性：汽車制造商對車輛內部布線和電子系統的靈活性和可擴展性有著不同的需求。車載SerDes應具備可配置的特性，以適應不同車型和配置的需求。同時，它還應支持多種接口和協議標準，以便與現有的汽車電子系統無縫集成。

除了原有的SerDes設計經驗，車載SerDes的開發團隊還需要具備功能安全開發經驗和對車載應用場景和協議的理解。不同的車載SerDes協議在架構、功耗和成本等方面存在差異，對系統應用環境、系統架構以及其他部件的性能要求也有所不同。

6、SerDes芯片的市場規模

以太網 vs SerDes：根據數據測算，采用SerDes方案相比目前的汽車以太網方案，系統BOM成本和功耗可以實現40%-50%的下降。此外，SerDes方案能夠實現更好的原始視頻同步性和更低的延遲。

SerDes市場規模：每個車載攝像頭對應一顆發送（Tx）和一顆接收（Rx）的傳輸芯片。根據Yole的數據，2022年新能源汽車的每輛車平均有6個攝像頭和大屏，按照國內2022年新能源汽車銷量700萬輛和每顆芯片3美元的估算，國內車載SerDes芯片的市場規模約為16.6億元。

7、SerDes的協議

協議是SerDes技術實現數據傳輸的重要組成部分。私有協議和公有協議是車載SerDes領域的兩種不同的協議分類。目前，主流的芯片制造商如Ti、Maxim和ROHM都采用私有協議。私有協議的特點是封閉性強，限制了芯片的應用范圍，而公有協議如ASA、MIPI和HSMT則更具開放性。

私有協議在車載SerDes市場中占據主導地位的原因有幾個方面：車載SerDes的研發和應用需要滿足特定的車載場景需求，對芯片的設計和模擬技術要求較高；車載產品的安全性和可靠性要求也很高，因此客戶對私有協議芯片的引入持謹慎態度，通常會逐步將其應用到倒車、環視和自動駕駛等功能中；私有協議的封閉性導致SerDes芯片只能與特定的傳感器封裝配合使用，限制了產品的應用范圍。

然而，隨著公有協議產品的逐步推出，這種私有協議與車廠之間的博弈關系可能會發生變化。車廠有動力打破私有協議的市場格局，因為目前市場主要由Maxim和Ti壟斷，供應短缺、高價格、缺乏支持和技術更新緩慢已經對車廠的供應鏈、成本控制、工程應用和車型規劃帶來了挑戰。公有協議的逐步發展將帶來透明的產品標準，方便免責；明確的測試標準，方便測試設備和軟件的適配；統一的應用標準，促進汽車一級供應商和制造商加快開發周期，并提升與其他商用設備的互操作性。因此，公有協議生態系統在未來五年內有機會成為主流技術路線。

在公有協議中，當前國內主要的競爭體現在HSMT和MIPI A-PHY之間，而ASA標準發展較慢。這兩者在技術標準、抗干擾性、工藝節點、芯片復雜度和啟動時間等方面存在差異。

HSMT的技術特點是正向速率范圍廣，抗干擾性強，工藝節點一般，芯片復雜度適中，啟動時間較晚（2020年）。而MIPI A-PHY在技術上采用了PAM調制，正向速率范圍相對較窄，抗干擾性中等，工藝節點要求高，芯片復雜度較高，啟動時間較早（2018年）。

從生態維度來看，MIPI A-PHY作為由國際組織和企業推動的標準，已經在MIPI聯盟和IEEE等權威組織中得到認可，具有全球統一與通用的地位。而HSMT主要由國內的汽車標準委員會、大型企業和芯片設計公司聯合推動，面向國內市場需求。目前來看，HSMT在國內外生態建設方面進展不如MIPI A-PHY，但基于HSMT標準開發的企業可能在產品性能、客戶驗證和上下游關系方面具有競爭優勢，有望搶占市場先機，并持續受益于先發優勢。

總之，車載SerDes系統需要綜合考慮供應鏈、電氣性能、功能安全性、技術創新和與整車廠的合作。隨著汽車行業的發展和技術進步，車載SerDes系統將在提高駕駛安全性和用戶體驗方面發揮越來越重要的作用。

審核編輯：劉清