汽車芯片市場集中度最高的領域：SerDes介紹

SerDes即串行與解串行，汽車領域每一顆攝像頭至少需要一片串行器，至少需要0.25片解串行。每一塊顯示屏都需要一片串行和一片解串行芯片。2023年全球市場規模大約25-30億美元，市場規模雖不大，但成長強勁，驅動原因自不必說，特別是國內汽車行業，內卷嚴重，攝像頭數量和像素都在飛速增加，顯示屏數量和分辨率也是飛速增加。400萬像素以上ADAS和360全景攝像頭領域，ADI（主要源自2021年209億美元收購美信的產品線）完全壟斷市場，400萬像素以下的360全景市場，ADI也是完全壟斷，只有ADAS市場，德州儀器有少量份額。顯示屏領域，德州儀器大約占70%的市場，ADI的份額很低。顯示領域還有索尼的GVIF，主要用在日系車上，日系車汽車電子遠遠落后于全球，特別是中國，因此索尼GVIF市場份額極低。還有基本上只有寶馬一個客戶的Inova的APIX3?；旧现挥斜捡Y一個客戶的Valens。

SerDes在汽車領域的應用

圖片來源：ADI

SerDes不僅在汽車領域應用廣泛，在機器人、醫療、視頻采集領域也是廣泛應用，在服務器領域也應用甚廣，服務器領域價值更高，芯片價格高達數千乃至上萬美元，基本上被博通壟斷。

信號傳輸分為并行與串行兩種，在高速狀態下，并行口的幾根數據線之間存在串擾，而并行口需要信號同時發送同時接收，任何一根數據線的延遲都會引起問題。而串行只有一根數據線，不存在信號線之間的串擾，而且串行還可以采用低壓差分信號，可以顯著提高它的抗干擾性，因此可以實現更高的傳輸速率。盡管并行可以一次傳多個數據位，但時鐘頻率遠遠低于串行，此外串行的傳輸介質通常是同軸電纜，連接器是FARKA，并行的傳輸介質和連接器成本都高于串行，所以目前串行傳輸是高速傳輸的首選。

在傳輸前將數據格式整形為串行，在接收后將數據格式轉換為并行，這就是SerDes。它有兩個芯片，發送端叫Serializer，接收端叫Deserializer。SerDes不傳送時鐘信號，這也是SerDes最特別的地方，SerDes在接收端集成了CDR(Clock Data Recovery)電路，利用CDR從數據的邊沿信息中抽取時鐘，并找到最優的采樣位置。這也是最難的地方，因為它傳輸的是數字信號，需要的技術卻是模擬技術。

CDR，即時鐘數據恢復，對于高速的串行總線來說，一般情況下都是通過數據編碼把時鐘信息嵌入到傳輸的數據流里，然后在接收端通過時鐘恢復將時鐘信息提取出來，并用這個恢復出來的時鐘對數據進行采樣，因此時鐘恢復電路對于高速串行信號的傳輸和接收至關重要。CDR接口的主要設計挑戰是抖動，即實際數據傳送位置相對于所期望位置的偏移?？偠秳?TJ)由確定性抖動和隨機抖動組成。大多數抖動是確定的，其分量包括碼間干擾、串擾、占空失真和周期抖動(例如來自開關電源的干擾)。而通常隨機抖動是半導體發熱問題的副產品，且很難預測。傳送參考時鐘、傳送PLL、串化器和高速輸出緩沖器都會對傳送抖動造成影響。一般來說對低頻的抖動容忍度很高，PLL電路能夠很好地跟蹤，恢復出來的時鐘和被測信號一起抖動。高頻比較麻煩，要設置PLL電路過濾掉，如何設置，沒有電腦輔助，全靠經驗，沒有10年左右的經驗是做不好的。

這也使得界面IC的護城河非常寬闊，可以允許非常小的廠家存在，它可能只有一款產品，但生命力異常頑強。典型的就是基本上只有寶馬一個客戶的Inova，以及基本上只有奔馳一個客戶的Valens。

攝像頭領域，GMSL在高像素領域占據壟斷地位，GMSL（Gigabit Multi-Media Serial Link）就是ADI的串行解串行技術。

圖片來源：ADI

ADI或者說美信的GMSL技術最早出現在1999年，2004年推出第一款產品，目前第三代GMSL已經完成開發，正在開發的GMSL3X，可以看作3.5代GMSL。

四代GMSL性能對比

圖片來源：ADI

一代GMSL有兩個版本，以先進版的一代為準。

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目前市面上主要是GMSL2，而GMSL3最高可支持1500萬像素?；旧螱MSL2/3的產品Datasheet都需要簽署NDA，外界很難拿到相關資料。GMSL4似乎是想和傳統的PCIe/USB競爭，跨出車用領域。

GMSL需要支持使用同軸線和雙絞線，低成本雙絞線電纜的高頻衰減是一個很嚴重的問題，高頻衰減造成接收信號出現明顯的碼間干擾(ISI)，進而難以恢復時鐘和數據，導致誤碼率(BER)升高。發送器和接收器采取一定形式的線路均衡，可大幅降低ISI并恢復嚴重劣化的數據，確?？煽抗ぷ?。

真正影響信號可靠傳輸的不是衰減本身，而是信道的衰減隨頻率變化。高低頻信號的衰減差最終會導致碼間干擾（Inter-Symbol Interference，ISI）。字面理解，碼間干擾就是不同碼元相互干擾，比如說，A時刻傳輸的“1”信號疊加到了B時刻傳輸的“0”信號上，使B時刻的信號幅度從0變為0.2。為什么高低頻信號的衰減差就會導致碼間干擾呢？因為信號高頻分量的損失會使得信號邊沿變緩，從而導致信號展寬。展寬后的信號可能會跨越多個單位時間間隔（1UI），就會出現上文提到的A時刻的信號疊加到B時刻上。信道的衰減越大，信號的展寬就越嚴重，疊加到其他時刻的信號上的比例也會越大。換句話說，SerDes系統需要真正解決并不是信號的衰減，而是高低頻信號的衰減差。解決辦法主要是加重和均衡，這完全靠豐富的經驗積累，全球能做到的只有德州儀器和ADI，博通應該也能，但似乎對汽車領域缺乏興趣，服務器的SerDes更有利潤。

GMSL一代是固定均衡，二代是自適應均衡AEQ，三代加入了前饋均衡（Feed Forward Equalizer，FFE）。自適應均衡器使 GMSL2 鏈路能夠抵抗噪聲、串擾和反射。均衡器放大高頻信號，當與電纜的頻率響應相結合時，接收器可以恢復具有更高保真度的寬帶信號。均衡器具有 12 種不同的補償級別，芯片會自動檢測輸入信號的質量，自適應地設置最佳的均衡值，使 SerDes系統能夠處理長達30m的同軸電纜和15m的STP電纜長度。在解串器每次上電時做一次自適應補償，以大約1Hz的速率調用以跟蹤溫度和電壓變化，所以即便線束存在老化、溫漂、線束個體差異等實際差異時，AEQ 都能夠自動選擇出最佳的補償等級。另外，技術人員也可以讀取上電以后的AEQ的補償值，如果明顯高于正常值，可以判斷當前傳輸通道可能存在短路、松動、彎曲等異常情況。

預加重是一種在發送端對輸入信號高頻分量進行補償的信號處理方式。隨著信號速率的增加，信號在傳輸過程中受損很大，為了在接收終端能得到比較好的信號波形，就需要對受損的信號進行補償，預加重技術的思想就是在傳輸線的始端增強信號的高頻成分，以補償高頻分量在傳輸過程中的過大衰減。

GMSL2鏈路在串行器和解串器中均包含一個回聲消除電路，以實現高速視頻數據和雙向控制數據的同時傳輸。其實這個技術在車載以太網里面也使用了，原理相同，都是為了實現單一信道的雙向數據傳輸。

目前串行器方面，主要是MAX9295和MAX96717。解串器方面，在360環視領域，MAX96712可以對應4個400萬像素，是目前最主流的產品，4個200萬像素主要是MAX96722/MAX96724/MAX96716F。GMSL3代產品目前主要只有MAX96792/MAX96793，可以對應4個800萬像素，速率高達12Gbps。目前，德州儀器最高的是DS90UB9702，Line速率為7.55Gbps，最大速率10Gbps。

座艙內部從ECU傳輸到顯示面板領域的SerDes則基本上被德州儀器壟斷，即FPD-LINK，FPD-Link是基于LVDS物理層之上的一種通信標準。它的英文全稱是Flat Panel Display Link，是美國國家半導體公司于1996年提出的。FPD-Link I代芯片組將寬并行的RGB總線串行化為4或5對LVDS信號。目前最新的是第四代即FPD-LINK IV。

面板顯示領域與攝像頭不同，攝像頭基本上都是MIPI CSI-2，目前圖像輸出接口主要有DP/eDP、MIPI DSI、OLDI、HDMI多種形式，DP/eDP是未來發展方向，可以支持8K顯示屏。面板接口方面主流還是LVDS，少數高分辨率采用DP。而LVDS是美國國家半導體公司為克服以TTL電平方式傳輸寬帶高碼率數據時功耗大，電磁干擾大等缺點而研制的一種數字視頻信號傳輸方式。2011年德州儀器以65億美元收購了美國國家半導體公司，這也是德州儀器為什么在汽車顯示面板領域SerDes占據霸主地位的原因。ADI也在面板顯示領域發力，挑戰德州儀器的霸主地位。ADI的產品線也足夠寬廣。

國內喜歡多屏，用解串行可以輕易做到一機四屏。

圖片來源：ADI

不對稱分割也能做到。

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還可以雙屏同顯示框圖。

圖片來源：ADI

德州儀器在此領域技術最為先進，擁有SuperFrame技術，即DS90Ux941。車內多達5到7屏，使用多個應用處理器 (AP)來驅動多個顯示器或者開發可驅動多個顯示屏的 AP 會需要很高的成本。借助 DS90Ux941AS-Q1 的功能可實現更經濟的IVI系統設計，只需一個AP即可將內容傳送到兩個對稱或非對稱顯示屏。在這些系統中，AP 接收兩個視頻幀并將其合并為一個超級幀，而DS90Ux941AS-Q1可分離超級幀，并將生成的幀轉發到兼容的FPD-Link III 解串器和所連接的顯示屏。

圖片來源：德州儀器

兩個屏不夠的話，還可以三個屏，即DS90UH983。

圖片來源：德州儀器

一個視頻流是超級幀格式，一個是常規格式，經過DS90UH983可以分離出三個視頻，再加上解串行對應三個屏幕。

座艙SoC到顯示面板領域，SerDes地位非常穩固。攝像頭領域SerDes面臨車載以太網的競爭，不過目前車載以太網物理層成本太高，特別是千兆或萬兆，而座艙芯片也較少支持萬兆以太網。高像素領域，車載以太網沒有優勢，低分辨率領域優勢也不明顯，5-8年內還是SerDes。

審核編輯：劉清