PHY芯片向高速多端口发展，车载以太网PHY正在迅速起量

电子发烧友网报道（文/李宁远）PHY芯片是物理层芯片的简称，是通信系统中基础常见也必不可少的芯片。物理层芯片负责在发送端将数字信号转换为模拟信号进行传输，同时在接收端将接收到的模拟信号转换为数字信号进行处理，在通信系统中起着举足轻重的作用。

 

物理层PHY芯片指定了电信号类型、信号速度、介质和连接器类型以及网络拓扑，根据应用的通信标准包括了以太网、USB、CAN、PCIe等等不同应用，最熟悉的还是以太网PHY应用，PHY芯片的设计和性能直接关系到数据通信系统的性能和稳定性。

 

为数据链路层提供物理连接的PHY芯片

 

物理层在OSI标准体系中，位于七层模型中的最底层，物理层定义了接口的物理特性，定义了数据传输速率、信号传输模式，定义了网络物理拓扑。其作用就是负责利用传输介质为上层的数据链路层提供物理连接，让数据链路层实现比特流的透明传输。

 

具体到PHY芯片设计，物理层芯片是一个复杂的数模混合芯片系统。芯片中包含高性SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE设计，同时也包括滤波算法和信号恢复等DSP设计。模拟电路主要负责模拟信号与数字信号之间的转换，数字电路负责数字信号的处理，实现降噪、干扰抵消、均衡、时钟恢复等功能。整个物理层芯片的研发需要深厚的数字、模拟、算法全方位的技术积累。

 

有线传输里，以太网无疑是主流技术，尤其是随着5G、物联网、多媒体应用等技术的发展，数据流量呈指数增长，以太网已经成为首选协议，以太网PHY也是现在最受关注物理层芯片。

 

以太网物理层芯片承担了将线缆上的模拟信号和设备上层数字信号相互转换的职能，如此才能实现以太网网络中各个设备的通信。随着通信技术的不断发展，多速率、多端口的以太网物理层芯片更是现在的热门产品。

 

以太网PHY实施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各种以太网标准。根据网络传输速度的不同，目前市场上基于铜双绞线的独立的以太网物理层芯片产品也可以分为百兆PHY、千兆PHY、2.5G PHY、5G PHY、10G PHY这几个主要类别。

 

强势增长的车载以太网PHY，以太网PHY规模持续上升

 

以太网PHY行业规模根据中国汽车技术研究中心发布的数据统计，2021年全球以太网物理层芯片市场规模约为120亿元，2022年市场规模约在150亿元，未来会保持25%以上的年复合增长率。

 

以太网PHY的持续增长和以太网技术的快速发展有着密切关系，根据IDC的预测，到2025年全球的数据量将达到175 ZB，数据量的增长带动了市场对高带宽和高速度网络基础设备基础芯片的需求。

 

不论是百兆、千兆以太网的广泛应用，还是200/400G以太网超高的带宽在数据中心等宽密集型领域的应用，甚至未来更先进以太网技术的应用，以太网作为核心局域网技术，其物理层芯片的发展一路向好。

 

以太网PHY芯片上，现在关注度很高的是车载以太网PHY赛道。此前速度高达500Kbps的CAN总线架构在几十年间一直是大多数车辆通信网络的中坚支柱，然而高级车辆自动化功能所需的数据带宽过大，单凭CAN无法满足需求。

 

即便升级到CAN FD，提升了传输速率，在当前和未来自动驾驶和功能安全的需求之下，这样的性能仍然显得不太够用，车载网络向以太网技术发展是趋势。

 

目前车载以太网PHY芯片主要应用于中央计算系统、ADAS系统及IVI系统等领域，根据佐思汽研的分析，按照各系统单车PHY芯片平均用量以及PHY芯片均价测算，2022年中国乘用车市场车载以太网PHY芯片市场规模为58亿元。

 

未来随着车内以太网进一步向车内其他领域渗透，单车芯片用量不断增多，且高速率PHY芯片的占比逐步提升，会抵消单一型号芯片价格的下降。预计到2025年，中国乘用车市场的车载以太网PHY芯片市场规模将达到218.7亿元。

 

PHY芯片厂商动向与进展

 

在PHY芯片领域，行业头部厂商占据了绝大多数市场份额。博通、美满和瑞昱在全球市场有着巨大的领先优势，加上TI、高通、微芯，这六家厂商占据超九成的市场。在车载以太网PHY上，美满、博通、瑞昱、TI和NXP五家几乎占据了车载全部的市场份额。

 

作为一个高技术壁垒、高集中度的行业，PHY芯片的市场格局在相当长一段时间里没有大的变动。随着近几年国内对以太网芯片的重视与持续推进，一些大陆自给的PHY芯片出现并开始在赛道上发力，虽然目前难以对整个行业格局有影响，但是不可小觑。

 

博通去年推出具有集成跨阻放大器和激光驱动器的5nm 100G/通道光学PAM-4 DSP PHY BCM85812，这款完全集成的DSP PHY能够为超大规模数据中心和云提供商提供性能和效率提升，并将整体系统功耗进一步降低。

 

接着在ECOC2023上，博通进一步推了5nm 200G/lane光学PAM-4 DSP PHY--Sian BCM85822，200G/lane串行光接口目前是为800G和1.6T可插拔模块提升性能并降低功耗，为下一代交换机和扩展AI工作负载做准备。车载PHY方面，博通的BCM8989X系列器件已经可以做到10G/5G/2.5GBASE-T1。

 

美满正在转向3nm用于PHY芯片设计，Alaska F系列已经做到八端口，G系列无风扇、无散热器的设计进一步加强了热效率封装。M系列的多速率连接功耗极低，10G PHY在同类产品中拥有业界最低的功耗、最高的性能和最小的外形尺寸。同时在车载PHY上，美满的千兆PHY方案通过集成MACsec等技术，技术性能仍然领先不少。

 

用以太网物理层芯片切入市场的裕太微电子是大陆极少数拥有自主知识产权并实现大规模销售的以太网物理层芯片供应商。虽然2023年在下游需求萎靡，终端客户端多数还处于去库存阶段的背景下，裕太微电子业绩压力很大，但是在PHY芯片上的研发上仍然在加大投入。

 

目前裕太微电子2口千兆PHY、车载千兆PHY芯片都已量产出货，并且还在陆续放量。旗下2.5G以太网物理层芯片在2023年已实现超过两千万元的营收，在Wi-Fi6、Wi-Fi7路由器以及光猫等产品上的应用还会进一步增加。车载业务也发展的不错，去年营收也在千万级，虽然起量不会很快但是前景乐观。

 

另一家国产PHY厂商景略基于EtherNext技术，提供三个系列PHY产品，分别是针对车载IVN的Cheetah系列、工业应用的Antelope系列和企业解决方案的SailFish系列。目前千兆PHY已经量产，后续会深化在车载全栈高速网络产品的投入，如车载万兆PHY。

 

小结

 

随着各领域对通信技术的要求越来越高，可以看到百兆正在被千兆取代，而千兆也开始慢慢被2.5G/5G/10G取代，PHY芯片在未来应用的空间很大，国内外厂商也都在向更高速更多端口的方向进行技术研发以匹配未来通信系统需求。

 

此外，车载以太网PHY也是被各家厂商看好的赛道，未来的市场增量相当大，在国产PHY逐渐崛起的形势下，该细分赛道有很多机会。