以下文章來源于佐思汽車研究 ，作者佐思汽研
車規(guī)級SerDes芯片的設(shè)計復(fù)雜性
隨著大數(shù)據(jù)、AI和大模型的發(fā)展，作為主要用于大通量，低延時的數(shù)據(jù)傳輸場景的SerDes芯片，越來越顯現(xiàn)于聚光燈之下。不同于常見的CPU、GPU和存儲芯片，SerDes主要為核心主控芯片提供通信的能力，被廣泛應(yīng)用在電信、消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)自動化、數(shù)據(jù)中心和云計算等領(lǐng)域。SerDes是SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）的簡稱。發(fā)送端將多路低速并行信號轉(zhuǎn)換成高速串行信號，經(jīng)過傳輸媒介（光纖或銅線），在接收端高速串行信號重新轉(zhuǎn)換成低速并行信號。這種點對點的串行通信技術(shù)充分利用傳輸媒體的信道容量，減少所需的傳輸信道和器件引腳數(shù)目，提升信號速度，從而大大降低通信成本。
圖1 serdes電路的示意圖
來源：網(wǎng)絡(luò)
在SerDes流行之前，芯片之間是通過系統(tǒng)同步或源同步并行接口來傳輸數(shù)據(jù)的。隨著數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)并行接口的速度已經(jīng)達到一個瓶頸，取而代之的是速度更快的串行接口，于是原本用于光纖通信的SerDes技術(shù)成為了高速串行接口的主流。為實現(xiàn)高速高帶寬，SerDes芯片綜合運用了多路信號復(fù)用技術(shù)、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)CDR(Clock Data Recovery)技術(shù)、低電壓差分信號技術(shù)。
信息都是以模擬信號傳輸?shù)?。信號?fù)用是指在傳輸路徑上綜合多路信道，然后恢復(fù)原機制或解除終端各信道復(fù)用技術(shù)的過程。如上圖，SerDes芯片是一種典型的模數(shù)混合芯片，成對使用，在發(fā)射端要經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC，接收端要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。一個二進制信號，比如0或1，就是1bit。傳輸同樣的數(shù)據(jù)量，一次傳輸1bit，需要的采樣頻率就高。目前常用的PAM4，一次傳輸2bit。時鐘信號與數(shù)據(jù)并行傳輸時，無法達到1Gb/s以上的帶寬。超過這個帶寬，會出現(xiàn)非常嚴重的時鐘信號偏移。工程師采用了CDR技術(shù)解決這個問題，所謂CDR就是通過數(shù)據(jù)編碼把時鐘信息嵌入到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流里，然后在接收端通過時鐘恢復(fù)將時鐘信息提取出來，并用這個恢復(fù)出來的時鐘對數(shù)據(jù)進行采樣。CDR主要挑戰(zhàn)在于抖動和噪音干擾。因此采用了差分信號技術(shù)。差分信號由一對相反信號組成，接收端以兩者的大小關(guān)系來識別“0”和“1”，信號在傳輸過程中即使受到干擾，大小關(guān)系也不會發(fā)生變化，保持了傳輸信號的完整性。目前在SerDes領(lǐng)域較常見的是低電壓差分信號（LVDS）。以上可見，采用SerDes芯片的優(yōu)點很明顯：更少I/O接口數(shù)量，更小封裝，更少走線，更低成本；有效降低電磁干擾，有效降低噪聲和串?dāng)_。隨之而來的就是系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜程度高，開發(fā)和功能驗證成本高。設(shè)計這些模擬子系統(tǒng)和數(shù)字控制功能模塊需要一個熟練的模擬/混合信號設(shè)計團隊來完成。與工規(guī)SerDes芯片相比，車規(guī)級SerDes芯片帶來了更高的要求：強大的抗干擾性能：能夠在車輛行駛狀態(tài)下穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，不受來自車輛自身傳感器、路端傳感器、無線電通信設(shè)備、外部環(huán)境等電磁干擾源的影響。高可靠性：由于車載攝像頭是自動駕駛不可或缺的感知器件，如何確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，對SerDes的設(shè)計和功能驗證提出了更高的要求。低延遲和高帶寬：一顆800W像素4K車載攝像頭每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是5.75G,隨著自動駕駛和智能座艙的發(fā)展，需要實時傳輸大量高清視頻和傳感器數(shù)據(jù)。因此，車載SerDes需要具備低延遲和高帶寬的能力，以滿足對實時性和數(shù)據(jù)處理能力的要求。靈活性和可擴展性：盡管車輛電子電氣架構(gòu)趨于集中化，但主機廠對系統(tǒng)配置的靈活性和可擴展性仍然有著高需求。車載SerDes應(yīng)具備可配置的特性，以適應(yīng)不同車型和配置的需求。同時，它還應(yīng)支持開放式的協(xié)議標(biāo)準，以便主機廠或Tier1對系統(tǒng)進行整合與集成。
2年達成量產(chǎn)的國產(chǎn)新銳
如果不是北京車展期間見證，很難相信有這么一家企業(yè)，成立于2022年2月，同年5月啟動研發(fā)，2年時間達成量產(chǎn)。近些年來，隨著新能源汽車進入智能化競爭階段，攝像頭開始在車端廣泛應(yīng)用，車載攝像頭的數(shù)量、分辨率都在快速增加，對攝像頭數(shù)據(jù)的高速無延時無損傳輸要求越發(fā)嚴苛；智能座艙的多屏聯(lián)動；高算力SoC芯片的發(fā)展，整個行業(yè)都洞察到了對高速率SerDes芯片的迫切需求，從一款被行業(yè)巨頭壟斷多年鮮有人問津的冷門芯片，突然之間，SerDes芯片成了投資機構(gòu)關(guān)注的熱門賽道，二三十家公司進入這個領(lǐng)域，做SoC的，做ADC的、做IP的等等，能在車展上公開展示實際產(chǎn)品Demo應(yīng)用性能的寥寥無幾。2022年成立于南京的仁芯科技，2024年已在成都、上海、北京、青島多地設(shè)立了研發(fā)與運營中心，2024年4月26日，仁芯科技在第十八屆北京國際汽車展覽會上，舉行首顆16Gbps高性能車載SerDes芯片產(chǎn)品發(fā)布會，宣布仁芯科技SerDes芯片R-LinC量產(chǎn)上市。起步雖晚，然而后發(fā)而朝至。
高傳輸速率：R-LinC支持高達16Gbps的傳輸速率，15米遠的傳輸距離，插損補償能力可達到30dB+，速率和工藝目前領(lǐng)先同行1-2代。
對比之下，美信半導(dǎo)體Maxim的GSML的最高傳輸速率為12Gbps;德州儀器TI的FPD-Link的最高傳輸速率僅8.4Gbps,索尼半導(dǎo)體的GVIF為8.63Gbps,而GVIF僅配置日本豐田汽車旗下部分高端車型。高穩(wěn)定性：R-LinC已于近日獲得ISO 26262最新的ASIL B Ready功能安全產(chǎn)品認證證書，這標(biāo)志著自R-LinC在車載應(yīng)用場景已具備切實功能安全保障，達到國際標(biāo)準體系認證，進一步為快速量產(chǎn)奠定堅實基礎(chǔ)。低成本：R-LinC采用了高集成度接口方案，有效簡化了網(wǎng)絡(luò)拓撲，減少了芯片、線束和連接器數(shù)量。在加串芯片方面，R-LinC實現(xiàn)了2路合1的高效集成；在解串芯片方面，更是實現(xiàn)了6路合1的突破，這大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。在今年汽車行業(yè)越來越內(nèi)卷的競爭壓力下，主機廠和Tier1同時面臨著產(chǎn)品技術(shù)迭代升級和降本壓力，圍繞降本增效的需求，仁芯科技依托領(lǐng)先技術(shù)實力，實現(xiàn)R-LinC “高速、高穩(wěn)定性、低方案成本”的“二高一低”極致性價比。與TI/ADI一樣，仁芯目前采用的是私有協(xié)議R-LinC，但也在積極跟進、關(guān)注和參與包括汽標(biāo)委在內(nèi)的各標(biāo)準的制定和發(fā)展，并已做好了相應(yīng)的、適合仁芯發(fā)展路徑的產(chǎn)品和市場規(guī)劃。目前多個車載SerDes技術(shù)（APHY、ASA）標(biāo)準均未最后凍結(jié)，仍處于更新中，既沒有通過產(chǎn)品規(guī)模出貨的驗證，更沒有被行業(yè)廣泛接受和普遍采用，還有著很多的不確定性，因此，需要長時間的關(guān)注和發(fā)展，不適合創(chuàng)業(yè)公司一開始就做站隊選擇和規(guī)模投入。另外，車載SerDes是一個跨零部件連接的、點對點橋接芯片方案，即便是標(biāo)準，通信本身也具有互聯(lián)互通和兼容性的特征和風(fēng)險，在實際工程實施中，會增加故障定位、責(zé)任認定的難度，擴大項目交付的風(fēng)險。因此，即便是標(biāo)準，也會采用收發(fā)成對的芯片解決方案，沒有需要不同產(chǎn)品之間的收發(fā)互聯(lián)互通的剛性需求。與之相對應(yīng)的芯片采購也同樣，即便缺貨，大概率也是成對缺貨。因此，僅就目前車載SerDes的應(yīng)用場景而言，互聯(lián)互通標(biāo)準的必要性有待商榷。如果就沒有互聯(lián)互通需求的角度而言，標(biāo)準等同于私有協(xié)議。
高執(zhí)行力團隊成人達己
仁芯科技創(chuàng)始團隊來自高通、Synopsys、通用汽車等國際頭部企業(yè)，具備15+年的芯片設(shè)計和汽車電子的產(chǎn)品商業(yè)化經(jīng)驗，技術(shù)團隊開發(fā)過多顆高可靠性的高速SerDes芯片產(chǎn)品，累計量產(chǎn)出貨量1,000萬顆。其中，創(chuàng)始人之前是全球頭部芯片企業(yè)的高管，長期負責(zé)中國汽車芯片產(chǎn)品市場的開發(fā)，汽車芯片設(shè)計市場的規(guī)劃、管理，以及相關(guān)技術(shù)的推廣。
長期奮斗在市場一線，具有對市場、對客戶需求的深刻理解與認知：如何做出差異化的產(chǎn)品、如何從根本上幫助客戶實現(xiàn)產(chǎn)品降本？從市場中來到市場中去的仁芯團隊強調(diào)“成人達己、達己成人”的價值理念，即仁芯團隊認為產(chǎn)品的本質(zhì)是為客戶創(chuàng)造價值，只有為客戶創(chuàng)造價值了，企業(yè)才能具備價值。在此理念指引下，仁芯團隊穩(wěn)扎穩(wěn)打，分秒必爭，2年時間完成了仁芯科技首顆16Gbps高性能車載SerDes芯片R-LinC從研發(fā)到工程和量產(chǎn)的準備。一次把事情做對
兩年達成量產(chǎn)，意味著產(chǎn)品設(shè)計方面沒有任何犯錯的空間。
芯片業(yè)的馬太效應(yīng)顯著，如果只是做簡單復(fù)制和替代，成本肯定拼不過行業(yè)巨頭，意味著領(lǐng)先企業(yè)只要降價追隨者就沒有退路，國內(nèi)汽車芯片企業(yè)要長期立足，必須具備自己的核心競爭力和差異性。國外巨頭是航母，國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)只是小舢板，要成長壯大起來就一定要走差異化競爭路線。在此戰(zhàn)略的指引下，仁芯科技采取扎實的產(chǎn)品研發(fā)策略+步步為營的市場策略:“公司從融資節(jié)奏、資金規(guī)劃到整個產(chǎn)品的商業(yè)化進程，早在兩年前就已經(jīng)做好了周詳?shù)脑O(shè)計和規(guī)劃，關(guān)鍵是執(zhí)行和交付能力！我們一直在跟時間搶速度，跟時間賽跑，因為給到我們創(chuàng)業(yè)公司的時間窗口很有限，我們必須要快！”生態(tài)布局創(chuàng)造共贏
因為芯片跟生態(tài)結(jié)合關(guān)系太緊密，包括模組、Tier1、SoC、線束等這些企業(yè)，SerDes雖然是個橋接芯片，但它連接的東西很多，所以對生態(tài)要求很高。仁芯科技的創(chuàng)始團隊深知芯片公司的發(fā)展對行業(yè)生態(tài)的依賴性，因此圍繞行業(yè)上下游共同發(fā)展，提供一體化Turn key交鑰匙解決方案。比如，在CIS方面與索尼以及多家國內(nèi)模組頭部企業(yè)，聯(lián)合打造和推動基于17MP攝像頭的智駕5V超級視覺方案；在SoC方面積極參與地平線J6新平臺項目并展開深度合作等。
另外，公司有意識引入產(chǎn)業(yè)合作伙伴作為戰(zhàn)略投資方，共同發(fā)展，也共享公司成長價值。目前地平線、德賽西威、電連都是公司的戰(zhàn)略投資人。在北京車展期間的公司展臺上，仁芯科技展示與多家合作伙伴的解決方案，覆蓋智駕、座艙視覺應(yīng)用的全場景。
擼起袖子加油干
公司上下的努力也獲得了新老股東的認可，4月24日，仁芯科技再次宣布獲近億元Pre-A++輪融資，這也是仁芯科技成立2年以來的第四輪融資，累計融資近3億元。
4月26日，仁芯科技在發(fā)布其第一代R-LinC產(chǎn)品的當(dāng)日，攜手CIS（CMOS圖像傳感器）領(lǐng)先企業(yè)索尼半導(dǎo)體上海公司于北京車展重磅發(fā)布“智駕5V超級視覺解決方案”。該方案采用超高分辨率傳感器、超大廣角鏡頭以及出眾的超高速傳輸技術(shù)，成功突破傳統(tǒng)車載視覺方案的技術(shù)瓶頸和成本壁壘，為行業(yè)帶來了革命性創(chuàng)新價值，成為本屆車展的關(guān)注焦點。實際上，仁芯在頭部車企做完工程樣片測試已經(jīng)是1月份了，這次北京車展所展示的10套基于不同SoC和傳感器的Live Demo，其所有相關(guān)的軟硬件和系統(tǒng)開發(fā)，是仁芯團隊在2個月左右的時間內(nèi)自主完成，本次展會的巨大成功也再次驗證了“仁芯速度”！
在筆者27日北京車展期間走進仁芯展廳與公司創(chuàng)始人兼CEO黨偉光交流時，由于連日的勞累，他已經(jīng)在接待室的小沙發(fā)上睡著了，不忍打擾，因此我等了一會。
在隨后的采訪過程中，黨偉光透露這樣的忙碌早已是常態(tài)，創(chuàng)業(yè)公司拼的就是速度，拼的就是效率。未來，高階自動駕駛的發(fā)展對車載通信的高性能SerDes芯片的市場需求具有確定性。預(yù)計2025年，全球SerDes芯片市場需求將達到12億顆，市場規(guī)模300億元；中國市場銷量將達到3～4億顆，市場規(guī)模約100億元。到2025年甚至更長的時間里，SerDes將是車載視頻圖像實時傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)。筆者相信，對于這一批本土化的SerDes芯片初創(chuàng)企業(yè)來說，未來2~3年將是最關(guān)鍵時期，諸如仁芯科技這般有實力的玩家，抓住這個窗口期，才能在這片廣闊的天空中翱翔。
