芯片標(biāo)準(zhǔn)國產(chǎn)化按下快進(jìn)鍵

芯片短缺拖累汽車生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)，讓人們對(duì)車規(guī)芯片的國產(chǎn)化越發(fā)重視。與此同時(shí)，一個(gè)更加深層次的問題暴露出來，那就是芯片標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)化。

車規(guī)級(jí)芯片直接關(guān)系到用戶的生命安全，行業(yè)壁壘較高，如果沒有成熟的檢測(cè)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，肯定難以健康發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)體系是銜接、統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術(shù)語言。只有建立了標(biāo)準(zhǔn)體系，產(chǎn)業(yè)上游才知道按照什么標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，下游才知道按照什么標(biāo)準(zhǔn)選用芯片。

以車載高速媒體傳輸為例，車載攝像頭和車載大屏是汽車實(shí)現(xiàn)智能化功能的必要途徑，這些應(yīng)用都需要車載高速媒體傳輸芯片做支撐，加速車載高速媒體傳輸芯片國產(chǎn)化勢(shì)在必行。但國內(nèi)外尚無行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這樣的背景下，《車載有線高速媒體傳輸系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》（HSMT）應(yīng)運(yùn)而生。

什么是HSMT

一直以來，車載高速媒體傳輸成熟技術(shù)為國外公司所掌握，不公開、不互聯(lián)互通，給行業(yè)和客戶帶來不便。如TI/Maxim/Rohm/Thine/APIX 等車載傳輸芯片都采用了企業(yè)私標(biāo)，其中美國公司TI 和 Maxim 對(duì)車載傳輸芯片的壟斷，既抬高了產(chǎn)業(yè)成本，又讓芯片保供存在風(fēng)險(xiǎn)，更談不上自主可控。

車載攝像頭和車載大屏是汽車實(shí)現(xiàn)智能化功能的必要途徑，這些應(yīng)用都需要車載高速媒體傳輸芯片做支撐。

然而，車載高速媒體傳輸芯片是自動(dòng)駕駛和智能座艙等解決方案的必然剛需，海量的單車芯片數(shù)量決定其市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。其中單車攝像頭超過10個(gè)，大屏至少2個(gè)，并且都是發(fā)送（Tx）和接收（Rx）兩顆傳輸芯片成對(duì)出現(xiàn)，因此單車所需芯片總數(shù)量超過20顆。這類芯片對(duì)于視頻傳輸?shù)囊蠛芨?，比?k高清視頻對(duì)傳輸速率的需求達(dá)到 6～12Gbps，傳輸距離最長15 m，傳輸誤碼率BER小于 10-12。這些性能指標(biāo)對(duì)車載高速媒體傳輸芯片提出了很高的技術(shù)要求。雖然近年來在國外陸續(xù)出現(xiàn)了APHY 和 ASA 等車載傳輸芯片的標(biāo)準(zhǔn)，然而這些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都有明顯的技術(shù)缺陷，無法有效地滿足車機(jī)內(nèi)復(fù)雜電磁強(qiáng)干擾環(huán)境下的傳輸性能。

雖然我國在高速傳輸芯片領(lǐng)域具有可與國外先進(jìn)水平比擬的技術(shù)，在國產(chǎn)化芯片產(chǎn)品方面也具有創(chuàng)新性的應(yīng)用，卻長時(shí)間沒有形成自主的車載高速傳輸芯片行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為此，汽標(biāo)委網(wǎng)聯(lián)工作組于2020年2月啟動(dòng)了《車載有線高速媒體傳輸系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》的起草工作。中國信息通信研究院和中國第一汽車集團(tuán)有限公司作為牽頭單位，積極聯(lián)合進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)起草。踴躍參與這項(xiàng)工作的還有中國汽車行業(yè)的主機(jī)廠、供應(yīng)商和芯片廠商等 23家企業(yè)。

2021年9月，工信部正式立項(xiàng)并下發(fā)標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，目前已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)草案，名稱為《車載有線高速媒體傳輸系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》，英文為 Technical Requirements and Test Methods of Automotive Wired High-Speed Media Transmission System，簡(jiǎn)稱HSMT。該標(biāo)準(zhǔn)于近期將面向社會(huì)公開征求意見。

世界三大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 中國標(biāo)準(zhǔn)HSMT APHY ASA芯片廠 國內(nèi)芯片廠商 Valens等 某些傳輸方式 全雙工 全雙工 半雙工正向速率（Gbps） 反向速率 100Mbps 100/200Mbps 2000/4000Mbps誤碼率（BER）要求 1e-12 1e-12 1e-12抗干擾性 強(qiáng) 差 中前向糾錯(cuò)（RS-FEC） 糾錯(cuò)能力強(qiáng) 沒有 糾錯(cuò)能力弱重傳（Retransmission） 支持 支持 不支持媒體封裝層 全面定義 少量 少量NRZ:2.0/3.2/4.0/6.4/8.0 PAM4:6.4/8.0/12.8 NRZ:2.0/4.0；PAM4.8.0；PAM8:12.0；PAM16:16.0 NRZ:2.0/4.0/8.0 PAM4:12.0/16.0

HSMT的先進(jìn)性

中國的車載高速媒體傳輸標(biāo)準(zhǔn)HSMT在技術(shù)規(guī)范要求上，優(yōu)于已有國外公司的企業(yè)私標(biāo)，與其他類似的國外競(jìng)品標(biāo)準(zhǔn)（APHY/ASA）對(duì)比優(yōu)勢(shì)也非常明顯。APHY標(biāo)準(zhǔn)由 MIPI主導(dǎo)，主要推動(dòng)者是以色列 Valens 公司，已提供 8Gbps 樣片。ASA標(biāo)準(zhǔn)由歐洲車廠主導(dǎo)，目前還沒有已知的芯片支持。中國HSMT標(biāo)準(zhǔn)與其他兩個(gè)國外標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)對(duì)比如下表所示。

車載高速媒體傳輸在正向傳輸（通常為高清視頻）需要高帶寬，反向傳輸（通常為協(xié)議包）無需高帶寬。針對(duì)這個(gè)特性，以上三個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)都是非對(duì)稱傳輸協(xié)議。在正向傳輸編碼方式上，三者都不約而同地選擇了低速用NRZ、高速用PAM 的數(shù)據(jù)編碼方式。在較高速率時(shí)，HSMT和ASA 都采用了PAM4 的編碼，在有效降低傳輸帶寬的同時(shí)，不會(huì)過度增加芯片的復(fù)雜性。縱觀其他有線高速傳輸標(biāo)準(zhǔn)，PAM4 編碼已經(jīng)成為現(xiàn)代高速有線傳輸?shù)内厔?shì)，被業(yè)界證明是平衡芯片性能和功耗的最優(yōu)方案。然而 APHY 標(biāo)準(zhǔn)反其道而行，在超過 8Gbps 時(shí)采用了過多的 PAM 調(diào)制。因此對(duì) Tx 芯片的線性度和 Rx 芯片的高速高精度采樣以及數(shù)字信號(hào)處理都提出了非常高的性能要求，必然造成過高的芯片功耗，也使得基于 APHY 標(biāo)準(zhǔn)的芯片在超過 8Gbps 速率時(shí)必須使用更加先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝。

此外，國外標(biāo)準(zhǔn)APHY 和 ASA 都有明顯的技術(shù)缺陷，無法有效地滿足車機(jī)內(nèi)復(fù)雜電磁強(qiáng)干擾環(huán)境下的傳輸性能。具體來看，APHY 標(biāo)準(zhǔn)不支持前向糾錯(cuò)，在強(qiáng)干擾發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)必然激發(fā)物理層的重傳，即使有少量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤也不例外。因此在實(shí)際應(yīng)用中很容易發(fā)生反復(fù)多次的物理層重傳，可能會(huì)嚴(yán)重影響車載高清視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。ASA 標(biāo)準(zhǔn)雖然支持前向糾錯(cuò)編碼，但是糾錯(cuò)能力不如HSMT標(biāo)準(zhǔn)。更主要的問題在于，ASA是半雙工傳輸協(xié)議，正向視頻和反向協(xié)議包是分時(shí)傳輸?shù)模瑹o法支持實(shí)時(shí)的物理層重傳協(xié)議。因此在強(qiáng)干擾并發(fā)生大量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤且無法被前向糾錯(cuò)糾正時(shí)，必然造成視頻傳輸?shù)闹袛唷?/p>

相比之下，中國HSMT標(biāo)準(zhǔn)支持強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)編碼和物理層重傳協(xié)議，優(yōu)于以上兩個(gè)國外標(biāo)準(zhǔn)。為了保證車載復(fù)雜環(huán)境中的傳輸穩(wěn)定性和可靠性，HSMT 在抗脈沖干擾、大電流注入、ESD 物理層方面都有針對(duì)性設(shè)計(jì)。因此HSMT在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議上極大地提升了芯片的抗干擾性能，更適應(yīng)車載的復(fù)雜環(huán)境。

HSMT 標(biāo)準(zhǔn)還全面定義了媒體封裝層，適配多種業(yè)務(wù)和多種傳感器。 其分層設(shè)計(jì)支持“一標(biāo)多能”和“一芯多用”，各層相對(duì)解耦，可以最大程度地重用已有設(shè)計(jì)和 IP。

綜上所述，HSMT 標(biāo)準(zhǔn)擁有領(lǐng)先的性能品質(zhì)，能夠更好地滿足車載工況要求。依托國內(nèi)日益強(qiáng)大的汽車工業(yè)特別是電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)在滿足國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的同時(shí)，未來一定會(huì)走向世界，成為車載高速媒體傳輸事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)國產(chǎn)助推芯片國產(chǎn)

借助國內(nèi)業(yè)已具備的技術(shù)能力、產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)備度和市場(chǎng)容量，適時(shí)地推出高速媒體傳輸芯片行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以牽引國內(nèi)產(chǎn)業(yè)形成合力。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化芯片也將陸續(xù)推出，必然會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

據(jù)悉，目前已有多家國產(chǎn)半導(dǎo)體公司參加HSMT 標(biāo)準(zhǔn)組，都在加緊開發(fā)支持此標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)芯片。其中最快的一家已完成工程樣片的芯片測(cè)試，最高傳輸速率達(dá) 到 12.8Gbps，芯 片 支 持 23dB（@3.2GHz）的信道插損衰減和最長15m的傳輸距離。測(cè)試結(jié)果全部通過了現(xiàn)階段 HSMT 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的必測(cè)項(xiàng)，包括系統(tǒng)連通性測(cè)試和誤 碼率測(cè)試、線束診斷測(cè)試、信號(hào)電氣指標(biāo)測(cè)試等?；贖SMT標(biāo)準(zhǔn)的芯片及其傳輸解決方案，具有高性能和高可靠性，可以成功應(yīng)用于面向ADAS和環(huán)視系統(tǒng)，支持8M車載攝像頭視頻應(yīng)用，也適合于面向4K 高清車載顯示應(yīng)用。

基于此標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)化芯片采用國內(nèi)集成電路生產(chǎn)的成熟工藝，確實(shí)可以達(dá)到自主、可控、保供和降本的目標(biāo)，更好地支持智能化國產(chǎn)汽車行業(yè)的高速發(fā)展。