汽车芯片市场集中度最高的领域：SerDes介绍

SerDes即串行与解串行，汽车领域每一颗摄像头至少需要一片串行器，至少需要0.25片解串行。每一块显示屏都需要一片串行和一片解串行芯片。2023年全球市场规模大约25-30亿美元，市场规模虽不大，但成长强劲，驱动原因自不必说，特别是国内汽车行业，内卷严重，摄像头数量和像素都在飞速增加，显示屏数量和分辨率也是飞速增加。400万像素以上ADAS和360全景摄像头领域，ADI（主要源自2021年209亿美元收购美信的产品线）完全垄断市场，400万像素以下的360全景市场，ADI也是完全垄断，只有ADAS市场，德州仪器有少量份额。显示屏领域，德州仪器大约占70%的市场，ADI的份额很低。显示领域还有索尼的GVIF，主要用在日系车上，日系车汽车电子远远落后于全球，特别是中国，因此索尼GVIF市场份额极低。还有基本上只有宝马一个客户的Inova的APIX3。基本上只有奔驰一个客户的Valens。

SerDes在汽车领域的应用

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SerDes不仅在汽车领域应用广泛，在机器人、医疗、视频采集领域也是广泛应用，在服务器领域也应用甚广，服务器领域价值更高，芯片价格高达数千乃至上万美元，基本上被博通垄断。

信号传输分为并行与串行两种，在高速状态下，并行口的几根数据线之间存在串扰，而并行口需要信号同时发送同时接收，任何一根数据线的延迟都会引起问题。而串行只有一根数据线，不存在信号线之间的串扰，而且串行还可以采用低压差分信号，可以显著提高它的抗干扰性，因此可以实现更高的传输速率。尽管并行可以一次传多个数据位，但时钟频率远远低于串行，此外串行的传输介质通常是同轴电缆，连接器是FARKA，并行的传输介质和连接器成本都高于串行，所以目前串行传输是高速传输的首选。

在传输前将数据格式整形为串行，在接收后将数据格式转换为并行，这就是SerDes。它有两个芯片，发送端叫Serializer，接收端叫Deserializer。SerDes不传送时钟信号，这也是SerDes最特别的地方，SerDes在接收端集成了CDR(Clock Data Recovery)电路，利用CDR从数据的边沿信息中抽取时钟，并找到最优的采样位置。这也是最难的地方，因为它传输的是数字信号，需要的技术却是模拟技术。

CDR，即时钟数据恢复，对于高速的串行总线来说，一般情况下都是通过数据编码把时钟信息嵌入到传输的数据流里，然后在接收端通过时钟恢复将时钟信息提取出来，并用这个恢复出来的时钟对数据进行采样，因此时钟恢复电路对于高速串行信号的传输和接收至关重要。CDR接口的主要设计挑战是抖动，即实际数据传送位置相对于所期望位置的偏移。总抖动(TJ)由确定性抖动和随机抖动组成。大多数抖动是确定的，其分量包括码间干扰、串扰、占空失真和周期抖动(例如来自开关电源的干扰)。而通常随机抖动是半导体发热问题的副产品，且很难预测。传送参考时钟、传送PLL、串化器和高速输出缓冲器都会对传送抖动造成影响。一般来说对低频的抖动容忍度很高，PLL电路能够很好地跟踪，恢复出来的时钟和被测信号一起抖动。高频比较麻烦，要设置PLL电路过滤掉，如何设置，没有电脑辅助，全靠经验，没有10年左右的经验是做不好的。

这也使得界面IC的护城河非常宽阔，可以允许非常小的厂家存在，它可能只有一款产品，但生命力异常顽强。典型的就是基本上只有宝马一个客户的Inova，以及基本上只有奔驰一个客户的Valens。

摄像头领域，GMSL在高像素领域占据垄断地位，GMSL（Gigabit Multi-Media Serial Link）就是ADI的串行解串行技术。

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ADI或者说美信的GMSL技术最早出现在1999年，2004年推出第一款产品，目前第三代GMSL已经完成开发，正在开发的GMSL3X，可以看作3.5代GMSL。

四代GMSL性能对比

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一代GMSL有两个版本，以先进版的一代为准。

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目前市面上主要是GMSL2，而GMSL3最高可支持1500万像素。基本上GMSL2/3的产品Datasheet都需要签署NDA，外界很难拿到相关资料。GMSL4似乎是想和传统的PCIe/USB竞争，跨出车用领域。

GMSL需要支持使用同轴线和双绞线，低成本双绞线电缆的高频衰减是一个很严重的问题，高频衰减造成接收信号出现明显的码间干扰(ISI)，进而难以恢复时钟和数据，导致误码率(BER)升高。发送器和接收器采取一定形式的线路均衡，可大幅降低ISI并恢复严重劣化的数据，确保可靠工作。

真正影响信号可靠传输的不是衰减本身，而是信道的衰减随频率变化。高低频信号的衰减差最终会导致码间干扰（Inter-Symbol Interference，ISI）。字面理解，码间干扰就是不同码元相互干扰，比如说，A时刻传输的“1”信号叠加到了B时刻传输的“0”信号上，使B时刻的信号幅度从0变为0.2。为什么高低频信号的衰减差就会导致码间干扰呢？因为信号高频分量的损失会使得信号边沿变缓，从而导致信号展宽。展宽后的信号可能会跨越多个单位时间间隔（1UI），就会出现上文提到的A时刻的信号叠加到B时刻上。信道的衰减越大，信号的展宽就越严重，叠加到其他时刻的信号上的比例也会越大。换句话说，SerDes系统需要真正解决并不是信号的衰减，而是高低频信号的衰减差。解决办法主要是加重和均衡，这完全靠丰富的经验积累，全球能做到的只有德州仪器和ADI，博通应该也能，但似乎对汽车领域缺乏兴趣，服务器的SerDes更有利润。

GMSL一代是固定均衡，二代是自适应均衡AEQ，三代加入了前馈均衡（Feed Forward Equalizer，FFE）。自适应均衡器使 GMSL2 链路能够抵抗噪声、串扰和反射。均衡器放大高频信号，当与电缆的频率响应相结合时，接收器可以恢复具有更高保真度的宽带信号。均衡器具有 12 种不同的补偿级别，芯片会自动检测输入信号的质量，自适应地设置最佳的均衡值，使 SerDes系统能够处理长达30m的同轴电缆和15m的STP电缆长度。在解串器每次上电时做一次自适应补偿，以大约1Hz的速率调用以跟踪温度和电压变化，所以即便线束存在老化、温漂、线束个体差异等实际差异时，AEQ 都能够自动选择出最佳的补偿等级。另外，技术人员也可以读取上电以后的AEQ的补偿值，如果明显高于正常值，可以判断当前传输通道可能存在短路、松动、弯曲等异常情况。

预加重是一种在发送端对输入信号高频分量进行补偿的信号处理方式。随着信号速率的增加，信号在传输过程中受损很大，为了在接收终端能得到比较好的信号波形，就需要对受损的信号进行补偿，预加重技术的思想就是在传输线的始端增强信号的高频成分，以补偿高频分量在传输过程中的过大衰减。

GMSL2链路在串行器和解串器中均包含一个回声消除电路，以实现高速视频数据和双向控制数据的同时传输。其实这个技术在车载以太网里面也使用了，原理相同，都是为了实现单一信道的双向数据传输。

目前串行器方面，主要是MAX9295和MAX96717。解串器方面，在360环视领域，MAX96712可以对应4个400万像素，是目前最主流的产品，4个200万像素主要是MAX96722/MAX96724/MAX96716F。GMSL3代产品目前主要只有MAX96792/MAX96793，可以对应4个800万像素，速率高达12Gbps。目前，德州仪器最高的是DS90UB9702，Line速率为7.55Gbps，最大速率10Gbps。

座舱内部从ECU传输到显示面板领域的SerDes则基本上被德州仪器垄断，即FPD-LINK，FPD-Link是基于LVDS物理层之上的一种通信标准。它的英文全称是Flat Panel Display Link，是美国国家半导体公司于1996年提出的。FPD-Link I代芯片组将宽并行的RGB总线串行化为4或5对LVDS信号。目前最新的是第四代即FPD-LINK IV。

面板显示领域与摄像头不同，摄像头基本上都是MIPI CSI-2，目前图像输出接口主要有DP/eDP、MIPI DSI、OLDI、HDMI多种形式，DP/eDP是未来发展方向，可以支持8K显示屏。面板接口方面主流还是LVDS，少数高分辨率采用DP。而LVDS是美国国家半导体公司为克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大，电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。2011年德州仪器以65亿美元收购了美国国家半导体公司，这也是德州仪器为什么在汽车显示面板领域SerDes占据霸主地位的原因。ADI也在面板显示领域发力，挑战德州仪器的霸主地位。ADI的产品线也足够宽广。

国内喜欢多屏，用解串行可以轻易做到一机四屏。

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不对称分割也能做到。

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还可以双屏同显示框图。

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德州仪器在此领域技术最为先进，拥有SuperFrame技术，即DS90Ux941。车内多达5到7屏，使用多个应用处理器 (AP)来驱动多个显示器或者开发可驱动多个显示屏的 AP 会需要很高的成本。借助 DS90Ux941AS-Q1 的功能可实现更经济的IVI系统设计，只需一个AP即可将内容传送到两个对称或非对称显示屏。在这些系统中，AP 接收两个视频帧并将其合并为一个超级帧，而DS90Ux941AS-Q1可分离超级帧，并将生成的帧转发到兼容的FPD-Link III 解串器和所连接的显示屏。

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两个屏不够的话，还可以三个屏，即DS90UH983。

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一个视频流是超级帧格式，一个是常规格式，经过DS90UH983可以分离出三个视频，再加上解串行对应三个屏幕。

座舱SoC到显示面板领域，SerDes地位非常稳固。摄像头领域SerDes面临车载以太网的竞争，不过目前车载以太网物理层成本太高，特别是千兆或万兆，而座舱芯片也较少支持万兆以太网。高像素领域，车载以太网没有优势，低分辨率领域优势也不明显，5-8年内还是SerDes。

审核编辑：刘清