通信架構產業鏈

1. 通信架構產業鏈綜述

早期汽車采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯系。每一路信號傳遞都需要一根電纜連接交換數據，導致每一個ECU 都需要N 個接口，有些ECU 的接口數會是十幾個甚至三十幾個，形成龐大的布線系統。這引發了車輛空間占用、車重、成本、系統復雜度以及不穩定性等一系列問題。以CAN 為代表的現代總線出現以后，硬線連接大大減少，有效降低了系統、零部件設計的復雜度和開發成本，驅使整車企業與零部件供應商之間形成標準化協議。總線作為一種車輛網絡拓撲結構，是車上所有電子和電氣部件互聯結構的線束表現，直接影響到控制器功能的分配、數據網絡的規劃，猶如汽車的神經。

目前汽車上普遍采用的汽車總線主要有控制器局域網CAN，局部互聯協議LIN，高速容錯網絡協議FlexRay, 用于汽車多媒體和導航的GMSL、MOST、A2B 和車載以太網等。另外，當然也有傳輸帶寬達到12Gbps 以上的SerDes 總線，也稱LVDS 總線，主要應用于音頻、視頻信號的傳輸。隨著車輛應用交互場景的增加，越來越多的傳感器、控制器對總線帶寬的要求越來越高，車內不同電子器件間和不同區域之間彼此通信的需求也越來越高，這些復雜性直接導致了對總線使用上的增長。然而，幾乎每個汽車電子器件都有其特定的線纜和通信要求，這必然導致車內總線布線復雜性，車內線束已成為繼引擎和底盤之外車內第三大成本支出的部分，生產環節中布置配線的人工成本占整車的50%，車內線束重量也是繼底盤和引擎之外占第三位重量要素。

“智能駕駛、智能座艙、智能網聯”的趨勢下，車載通信網絡向著“高速、低延時、安全、互聯”的方向演進。車載以太網依托單線對非屏蔽雙絞線的傳輸介質，使用更小巧緊湊的連接器，其可減少高達80%的車內通信連接成本和高達30%的車內布線重量。為此，得到汽車與通信行業技術人員、汽車制造商與半導體公司的廣泛關注，成立了OPEN、AVnu、IEEE、AUTOSAR 等聯盟和標準化組織，致力于車載以太網推廣與使用，積極討論制定適用于車載環境及應用的以太網標準，支持車載以太網技術應用與發展。

當然，汽車是一個既傳統又現代的產品，現階段以車載以太網完全替代傳統總線是不實際的。對于典型的控制任務，基于信號的方法經歷了近三十年的測試和驗證。所以，基于服務的通信與基于信號的通信將在車內并存。咨詢公司弗若斯特沙利文公司（Frost & Sullivan）預測，到2025 年，車載以太網的市場滲透率將增加至80%。

2. 傳統總線芯片

傳統的車身總線CAN/LIN/FlexRay/MOST 芯片，通常稱收發器器件，負責車載總線信號的轉換，在主機內部，轉換成標準的SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設接口）、UART（Universal Asynchronous Receive Transmitter，通用異步接收/發送裝置）或專用的總線低電平低壓信號，實現主機系統和車身網絡、傳感器網絡等信息交互。該類收發器芯片，主要以國際巨頭恩智浦、TI（德州儀器）等為主，占據了市場90%以上的份額。芯力特電子科技有限公司圍繞智慧電網、車聯網等物聯網進行相關芯片技術攻關，繼成功研發CAN FD 收發器芯片SIT1042 后，芯力特電子再次打破國外壟斷成功量產42V 耐壓LIN 收發器芯片SIT1021。串行-解串器芯片，主要通過LVDS 信號實現音視頻圖像的數據傳輸，如攝像頭信號傳輸，圖像顯示信號傳輸等，具有高帶寬、低延時、無壓縮等特點。目前占有率最高的是美信公司的GMSL 和TI 公司的FPD Link，幾乎覆蓋了市場80%以上份額。

3. 汽車以太網芯片

以太網芯片，主要包括PHY 和Switch 芯片（交換芯片），將車載以太網總線100Base-T1、1000Base-TI 轉換成標準低壓的SGMII、RMII 等以太網MAC 接口。在以太網通信芯片領域，以太網芯片市場規模龐大，而且比較穩固，目前主要以博通（Broadcom）和美滿電子（Marvel）為行業領頭羊，技術領先，占據大部分市場，但恩智浦（NXP）、TI（德州儀器）、Microchip、Realtek（瑞昱）等多家公司也已布局，以更優的性價比占據一定市場份額。

車載以太網PHY 芯片的主要供應商有Marvell、Broadcom、Microchip、Realtek 和NXP。

Marvell 與Micrel（麥瑞半導體）在2012 年就發布了全球首款完全符合IEEE 802.3 標準的用于車載網絡的以太網實體元件，最高可支持100Mb/s 的速率。Micrel 推出的以太網物理層芯片支持高達125 ℃ 的環境溫度，而且針對汽車市場的需求加強了ESD 保護（靜電保護）。2019 年1G 的車載以太網PHY 芯片開始量產。在CES 2019，Marvell 推出了1000BASE-T1 汽車以太網物理層（PHY）收發器Marvell 88Q2112，符合IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 標準草案要求。2020 年11 月，Broadcom 宣布推出的BCM8989X 是業內第一個對應NGBase-T1 標準的多G 車載PHY 芯片。而10Gbps 車載PHY 芯片當前僅有Aquantia（已被Marvell 收購）的AQV107。

交換（Switch）芯片的供應商主要是Marvell、Broadcom、NXP 和Realtek。

Continental（大陸）旗下子公司Elektrobit 與Marvell 聯合打造了一款車載以太交換芯片，型號為88Q5050，用于英偉達最新旗艦Pegasus，這也是基于TSN（Time-Sensitive Network，時間敏感網絡）的首次實際應用。NXP 的LS1028A 工業應用處理器內置了TSN 轉換器和TSN 終端模塊。TI 的Sitara 處理器、Renesas Electronics（瑞薩）的RZ/N1D 處理器支持TSN 標準。NXP 和ADI（亞德諾半導體）也推出了專用TSN 交換芯片。Xilinx（賽靈思）等FPGA（現場可編程邏輯門陣列）廠商，也提出了基于FPGA 的TSN IP 核心解決方案。在可以預期的未來，基于TSN 的以太網MAC（介質訪問控制）將被普遍集成到各類嵌入式SoC芯片中。

2022 年9 月工信部工業互聯網產業聯盟公布最新“時間敏感網絡（TSN）產業鏈名錄計劃”，其中東土科技剛剛發布的中國首顆自主設計的TSN 芯片—KD6530，成為首款進入該名錄的TSN 芯片。東土科技車規級時間敏感網絡交換芯片可在車載以太網網關或車載多媒體網關等車內通信網絡中使用。這標志著***正式進入TSN 商用領域，打破該領域長期被歐美企業壟斷的格局。

飛思卡爾（NXP 旗下）是中央網關芯片的領導者，在2008 年量產第一代以太網診斷的網關控制器MPC5667，并用在當年寶馬5 系和7 系上。2013 年量產第一片帶EAVB 網關的芯片MPC5604e，并用在寶馬X5 的360 環視上。第四代MPC574x 系列，以MPC5748G 為最高級配置，擁有多達8 個CAN 接口。

4. 汽車以太網設備- TSN 網絡設備

TSN 以太網交換機是車載網絡解決方案的關鍵組成部分。Elektrobit（EB）于2021 年11月宣布推出業界首款能夠實現安全、高性能車載網絡通信的車載以太網交換機固件。據Elektrobit（EB）介紹，EB zoneo SwitchCore 現可用于行業領先硬件供應商的交換機，并已在量產電動汽車中得以應用。EB zoneo SwitchCore 增加了智能模塊的固件，能夠滿足增強車輛可擴展性、功能安全和信息安全的要求；提供高級網絡管理和網絡安全功能，例如路由、網關、防火墻以及網絡入侵檢測和防御系統。

Cisco（思科）IE4000 系列TSN 交換機提供高帶寬交換（第2 層）和經過驗證的基于CiscoIOS 軟件的路由（第3 層）功能，使用思科彈性以太網協議（REP）提供高度安全的訪問并且支持工業協議，具有更高的整體性能、更大的帶寬、更全面的功能集和增強的硬件。

Belden（百通）2017 年發布的模塊化管理的赫斯曼（Hirschmann）交換機類型RSPE35和RSPE37 可針對TSN 技術進行升級。RSPE35 和RSPE37 版本支持符合IEEE 1588-2008 的精確時間協議（PTP），并具有FPGA 模塊，可以實現基于硬件的選擇性冗余機制，如高可用性無縫冗余（HSR）、并行冗余協議（PRP）。

MOXA（摩莎）推出兩款TSN 交換機TSN-G5004 和TSN-G5008，采用緊湊型設計，配有用戶友好配置界面的全新Moxa web GUI，簡化了網絡部署。支持IEEE 802.1 AS，IEEE 802.1Qbv 等TSN 協議，并將進一步提供對其他TSN 協議的支持。

TTTech?推出的PCIE-0400-TSN 網卡是基于FPGA 的超薄型千兆以太網接口卡，支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE802.1Qbu、IEEE 802.1Qcc 等標準，用于將工控機連接到符合IEEE 802.1TSN 的網絡，具有四個10/100/1000 Base-T 以太網端口，可用于從生產層到IT 層的融合網絡中構建確定性控制應用。

近年來，國內廠商對TSN 技術的關注度持續提高，積極推進TSN 相關網絡設備的研發和應用。2017 年起，包括華為、東土科技、研華、新華三在內的多家通信設備廠商已經研發出或正在研發TSN 相關網絡設備，包括交換機、網關及通信模塊。

研華公司于2020 年發布了EKI-8500G 工業級TSN 以太網交換機，采用TSN 專用芯片設計，具備8 個千兆RJ45 端口+ 2 個千兆SFP 端口。支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbu、IEEE802.1Qbv 和IEEE 802.1CB 等TSN 協議。

東土科技推出兩款TSN 交換機SICOM3000TSN、SICOM3028TSN 及基于SDN（軟件定義網絡）的時間敏感網絡交換機的組網管理配置平臺，具有IEEE802.1Qbu、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qci、IEEE 802.1Qch、IEEE 802.1Cr 等協議功能模塊。

華為2018 年首次展出的中國國內第一款TSN 交換機樣機，支持IEEE 802.1AS 和IEEE1588v2 時鐘同步協議，支持IEEE802.1Qbv（門控調度）、IEEE802.1Qbu（幀搶占）、IEEE802.1Qci（流過濾）、IEEE 802.1CB（無縫環網冗余）等TSN 協議。同時打通了OPCUA 至TSN 協議棧，并可通過YANG 模型從網絡控制器對網絡中TSN 交換機進行集中配置。

新華三（H3C）推出兩款TSN 工業交換機IE4320-10S-UPWR、IE4320-10S，同時支持基于SDN 的時間敏感網絡交換機的網絡管理配置平臺， 目前已支持IEEE802.1AS 、IEEE802.1Qbv、IEEE802.1Qcc 等TSN 特性，具體性能為：轉發延時最低小于10us 秒，時延抖動最高指標能達到正負2us 內，802.1Qbv 門控精度可達到ns 級。

中國電子技術標準化研究院和華中科技大學／國家數字化設計與制造創新中心聯合搭建的TSN 測試床，包含當前主流的TSN 交換機設備和終端設備，用于進行TSN 設備的兼容性測試、互操作性測試，面向典型應用場景的網絡配置和性能測試。在兼容性和互操作性測試方面，目前主要針對IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv 和IEEE802.1Qcc 的核心內容進行測試。在網絡延遲和抖動等性能測試方面，主要參照正在制定中的IEEE60802 標準，對8 種類型網絡流量的的QoS 進行測試。

總體而言，目前TSN 產業初具規模，產業鏈包括了科研機構、標準化機構、芯片廠商、設備廠商、應用廠商和測試廠商。TSN 產品主要包括芯片、交換機等終端設備以及測試床。從TSN 產業發展看來，國內外差距明顯。大部分的TSN 芯片廠商和設備廠商為國外企業。國內廠商主要以開發TSN 交換機為主，但數量遠遠不及國外廠商。

編輯：黃飛

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