PHY芯片向高速多端口發展，車載以太網PHY正在迅速起量
電子發燒友網報道（文/李寧遠）PHY芯片是物理層芯片的簡稱，是通信系統中基礎常見也必不可少的芯片。物理層芯片負責在發送端將數字信號轉換為模擬信號進行傳輸，同時在接收端將接收到的模擬信號轉換為數字信號進行處理，在通信系統中起著舉足輕重的作用。
物理層PHY芯片指定了電信號類型、信號速度、介質和連接器類型以及網絡拓撲，根據應用的通信標準包括了以太網、USB、CAN、PCIe等等不同應用，最熟悉的還是以太網PHY應用，PHY芯片的設計和性能直接關系到數據通信系統的性能和穩定性。
為數據鏈路層提供物理連接的PHY芯片
物理層在OSI標準體系中，位于七層模型中的最底層，物理層定義了接口的物理特性，定義了數據傳輸速率、信號傳輸模式，定義了網絡物理拓撲。其作用就是負責利用傳輸介質為上層的數據鏈路層提供物理連接，讓數據鏈路層實現比特流的透明傳輸。
具體到PHY芯片設計，物理層芯片是一個復雜的數模混合芯片系統。芯片中包含高性SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE設計，同時也包括濾波算法和信號恢復等DSP設計。模擬電路主要負責模擬信號與數字信號之間的轉換，數字電路負責數字信號的處理，實現降噪、干擾抵消、均衡、時鐘恢復等功能。整個物理層芯片的研發需要深厚的數字、模擬、算法全方位的技術積累。
以太網PHY實施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各種以太網標準。根據網絡傳輸速度的不同，目前市場上基于銅雙絞線的獨立的以太網物理層芯片產品也可以分為百兆PHY、千兆PHY、2.5G PHY、5G PHY、10G PHY這幾個主要類別。
強勢增長的車載以太網PHY，以太網PHY規模持續上升
以太網PHY行業規模根據中國汽車技術研究中心發布的數據統計，2021年全球以太網物理層芯片市場規模約為120億元，2022年市場規模約在150億元，未來會保持25%以上的年復合增長率。
以太網PHY的持續增長和以太網技術的快速發展有著密切關系，根據IDC的預測，到2025年全球的數據量將達到175 ZB，數據量的增長帶動了市場對高帶寬和高速度網絡基礎設備基礎芯片的需求。
不論是百兆、千兆以太網的廣泛應用，還是200/400G以太網超高的帶寬在數據中心等寬密集型領域的應用，甚至未來更先進以太網技術的應用，以太網作為核心局域網技術，其物理層芯片的發展一路向好。
以太網PHY芯片上，現在關注度很高的是車載以太網PHY賽道。此前速度高達500Kbps的CAN總線架構在幾十年間一直是大多數車輛通信網絡的中堅支柱，然而高級車輛自動化功能所需的數據帶寬過大，單憑CAN無法滿足需求。
即便升級到CAN FD，提升了傳輸速率，在當前和未來自動駕駛和功能安全的需求之下，這樣的性能仍然顯得不太夠用，車載網絡向以太網技術發展是趨勢。
目前車載以太網PHY芯片主要應用于中央計算系統、ADAS系統及IVI系統等領域，根據佐思汽研的分析，按照各系統單車PHY芯片平均用量以及PHY芯片均價測算，2022年中國乘用車市場車載以太網PHY芯片市場規模為58億元。
未來隨著車內以太網進一步向車內其他領域滲透，單車芯片用量不斷增多，且高速率PHY芯片的占比逐步提升，會抵消單一型號芯片價格的下降。預計到2025年，中國乘用車市場的車載以太網PHY芯片市場規模將達到218.7億元。
PHY芯片廠商動向與進展
在PHY芯片領域，行業頭部廠商占據了絕大多數市場份額。博通、美滿和瑞昱在全球市場有著巨大的領先優勢，加上TI、高通、微芯，這六家廠商占據超九成的市場。在車載以太網PHY上，美滿、博通、瑞昱、TI和NXP五家幾乎占據了車載全部的市場份額。
作為一個高技術壁壘、高集中度的行業，PHY芯片的市場格局在相當長一段時間里沒有大的變動。隨著近幾年國內對以太網芯片的重視與持續推進，一些大陸自給的PHY芯片出現并開始在賽道上發力，雖然目前難以對整個行業格局有影響，但是不可小覷。
博通去年推出具有集成跨阻放大器和激光驅動器的5nm 100G/通道光學PAM-4 DSP PHY BCM85812，這款完全集成的DSP PHY能夠為超大規模數據中心和云提供商提供性能和效率提升，并將整體系統功耗進一步降低。
接著在ECOC2023上，博通進一步推了5nm 200G/lane光學PAM-4 DSP PHY--Sian BCM85822，200G/lane串行光接口目前是為800G和1.6T可插拔模塊提升性能并降低功耗，為下一代交換機和擴展AI工作負載做準備。車載PHY方面，博通的BCM8989X系列器件已經可以做到10G/5G/2.5GBASE-T1。
美滿正在轉向3nm用于PHY芯片設計，Alaska F系列已經做到八端口，G系列無風扇、無散熱器的設計進一步加強了熱效率封裝。M系列的多速率連接功耗極低，10G PHY在同類產品中擁有業界最低的功耗、最高的性能和最小的外形尺寸。同時在車載PHY上，美滿的千兆PHY方案通過集成MACsec等技術，技術性能仍然領先不少。
用以太網物理層芯片切入市場的裕太微電子是大陸極少數擁有自主知識產權并實現大規模銷售的以太網物理層芯片供應商。雖然2023年在下游需求萎靡，終端客戶端多數還處于去庫存階段的背景下，裕太微電子業績壓力很大，但是在PHY芯片上的研發上仍然在加大投入。
目前裕太微電子2口千兆PHY、車載千兆PHY芯片都已量產出貨，并且還在陸續放量。旗下2.5G以太網物理層芯片在2023年已實現超過兩千萬元的營收，在Wi-Fi6、Wi-Fi7路由器以及光貓等產品上的應用還會進一步增加。車載業務也發展的不錯，去年營收也在千萬級，雖然起量不會很快但是前景樂觀。
另一家國產PHY廠商景略基于EtherNext技術，提供三個系列PHY產品，分別是針對車載IVN的Cheetah系列、工業應用的Antelope系列和企業解決方案的SailFish系列。目前千兆PHY已經量產，后續會深化在車載全棧高速網絡產品的投入，如車載萬兆PHY。
小結
隨著各領域對通信技術的要求越來越高，可以看到百兆正在被千兆取代，而千兆也開始慢慢被2.5G/5G/10G取代，PHY芯片在未來應用的空間很大，國內外廠商也都在向更高速更多端口的方向進行技術研發以匹配未來通信系統需求。
此外，車載以太網PHY也是被各家廠商看好的賽道，未來的市場增量相當大，在國產PHY逐漸崛起的形勢下，該細分賽道有很多機會。
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