慷智、仁芯…國(guó)產(chǎn)公司競(jìng)逐車(chē)載SerDes，百億美金賽道這就卷起來(lái)了？

【摘要】SerDes通過(guò)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，并在接收端恢復(fù)為并行數(shù)據(jù)，解決了信號(hào)衰減和碼間串?dāng)_問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

作為一項(xiàng)具備極高門(mén)檻的技術(shù)，其需要ADC、PLL、DSP和Risc-V/ARM架構(gòu)上的團(tuán)隊(duì)高手一起下苦功，此前主要由國(guó)外廠商主導(dǎo)。近幾年，由于數(shù)據(jù)需求不斷升級(jí)、地緣政治風(fēng)險(xiǎn)深化和主機(jī)廠降本增效需求，國(guó)產(chǎn)化替代趨勢(shì)開(kāi)始勢(shì)不可擋。

汽車(chē)領(lǐng)域，作為智駕時(shí)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾�工具，預(yù)計(jì)SerDes市場(chǎng)規(guī)模在未來(lái)達(dá)到百億美元量級(jí)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)一批SerDes芯片設(shè)計(jì)創(chuàng)業(yè)廠商。

不過(guò)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)高速SerDes的技術(shù)突破仍依賴于國(guó)外公司主體的人才和技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)高速SerDes技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)自主化，還有很長(zhǎng)的路要走。

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以下是正文：

數(shù)據(jù)傳輸作為科技發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)歷了少路到多路（低速并口）、增強(qiáng)型多路（高速并口）/高速串口的演變過(guò)程，SerDes技術(shù)則是其發(fā)展過(guò)程中里程碑式的一代。

其主要功能是在高速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)減少信號(hào)的數(shù)量，從而降低對(duì)布線的需求，減少干擾并提高傳輸效率。

目前，SerDes廣泛應(yīng)用于各種高速數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景，如計(jì)算機(jī)主板、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)中心、汽車(chē)電子系統(tǒng)等。

具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)針對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、可靠傳輸?shù)母�高要求，而�?chē)載SerDes是當(dāng)前唯一可以滿足如此高帶寬數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)姆桨�；�?shù)據(jù)量爆炸式增長(zhǎng)的時(shí)代里，新出現(xiàn)的數(shù)據(jù)中心同樣需要SerDes的保駕護(hù)航，才能實(shí)現(xiàn)高帶寬、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。

這兩大需求在當(dāng)下顯得尤為旺盛，基于此，SerDes開(kāi)始正式走到舞臺(tái)的中央。



01SerDes，IP的皇冠

SerDes是Serializer（串行器）/Deserializer（解串器）的合稱，是當(dāng)前主流的時(shí)分多路復(fù)用（TDM）、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）的串行通信技術(shù)，可以最大化光纖或同軸鏈路的吞吐量。

為了解決高速數(shù)據(jù)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸時(shí)常見(jiàn)的信號(hào)衰減、碼間串?dāng)_問(wèn)題，SerDes技術(shù)通過(guò)均衡、時(shí)鐘恢復(fù)等技術(shù)組合方案，將并行數(shù)據(jù)串行成一路高速數(shù)據(jù)在介質(zhì)中傳輸，在接收端解串恢復(fù)成并行數(shù)據(jù)。

隨著以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蓬勃發(fā)展，人們對(duì)于SerDes速率的需求也在不斷提升。據(jù)光大證券，2010 年SerDes能做到10Gbps的傳輸速度,而2019年這一要求便已經(jīng)提升到約112Gbps。2024年，英特爾展示了其自研的3nm SerDes芯片，實(shí)現(xiàn)了224Gb/s的超高速傳輸。此外，楷登電子也推出了新一代224G-LR SerDes。

速度升級(jí)的潮流更是符合機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新興數(shù)據(jù)密集型計(jì)算應(yīng)用的需求，也助力了AI訓(xùn)練、推理，反過(guò)來(lái)說(shuō)，這些新需求的出現(xiàn)，也進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)SerDes升級(jí)的需求。

無(wú)論單服務(wù)器中多 GPU、CPU 間芯片間（C2C）通信，還是在多服務(wù)器間組網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸總體都呈現(xiàn)出高帶寬、低延遲的技術(shù)需求，這也使得SerDes在當(dāng)今時(shí)代的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越大。

從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，SerDes技術(shù)的高速數(shù)據(jù)傳輸能力也為EDA工具的應(yīng)用提供了技術(shù)支持，后者是芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的另一大高門(mén)檻技術(shù)，而SerDes也因其不可替代的作用，被稱為IP的皇冠。



02海外大廠話語(yǔ)權(quán)高，國(guó)內(nèi)尚在摸索階段

產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，SerDes芯片設(shè)計(jì)并不是一門(mén)誰(shuí)都能來(lái)分杯羹的生意。一個(gè)現(xiàn)實(shí)是：在SerDes已有布局的國(guó)產(chǎn)公司，背后往往難以離開(kāi)海外大廠的身影。

SerDes國(guó)產(chǎn)替代被提上日程的一個(gè)重要因素在于，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求爆發(fā)明顯，而芯片設(shè)計(jì)市場(chǎng)卻主要由國(guó)外廠商主導(dǎo)。

據(jù)此前高工智能汽車(chē)的報(bào)道，未來(lái)，每輛汽車(chē)配備至少20顆SerDes芯片。目前市場(chǎng)上一個(gè)攝像頭鏈路（含收發(fā)兩端）所用車(chē)載SerDes芯片的價(jià)格大約是4-6美元，而一個(gè)顯示屏鏈路所用車(chē)載SerDes價(jià)格在8-12美金左右，平均每輛車(chē)所需的SerDes芯片價(jià)值大約是80-120美元左右。這是一個(gè)體量極大的市場(chǎng)。

面對(duì)下一輪的高需求增長(zhǎng)，如果仍然維持過(guò)去的供應(yīng)關(guān)系，很難保證不會(huì)再次踏上“缺芯”的老路，即便如此，飛速增長(zhǎng)的昂貴售價(jià)也是各家需要考慮的重要因素。

再加上國(guó)內(nèi)廠商尤其是新能源汽車(chē)玩家迭代速度較快，也在倒逼更高芯片速率、更強(qiáng)自主性的供應(yīng)鏈。基于此，SerDes芯片制造的本土化成為必然趨勢(shì)。

具體而言，SerDes芯片設(shè)計(jì)主要分四個(gè)部分，分別是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、鎖相環(huán)PLL、數(shù)字信號(hào)處理器DSP、以及risc-v或者arm架構(gòu)，其中ADC和PLL是優(yōu)化的核心。

高端ADC芯片的性能提升決定了整個(gè)SerDes行業(yè)發(fā)展的步伐。美國(guó)等西方國(guó)家都對(duì)高端ADC芯片的出口進(jìn)行了嚴(yán)格管制，禁運(yùn)范圍主要是精度超過(guò)8位1.3Gsps以及16位以上速度超過(guò)65MSPS的ADC。ADC速率的限制是當(dāng)前國(guó)內(nèi)SerDes廠商被卡住脖子的重要原因，大多數(shù)國(guó)內(nèi)廠商只能拿到7bit規(guī)格的ADC。

所以，對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō)，要想做出能比得上國(guó)際一流水平的SerDes芯片，重點(diǎn)要放在鎖相環(huán)優(yōu)化和設(shè)計(jì)上。鎖相環(huán)的核心功能是鎖定輸入信號(hào)的相位和頻率，產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)同相位和固定頻率的輸出信號(hào)。

能做好這一環(huán)節(jié)的國(guó)內(nèi)人才少之又少，中國(guó)大陸在這一領(lǐng)域也很難招到高手，以致于部分廠商不僅極為珍惜相關(guān)領(lǐng)域的大牛，甚至還不遺余力“內(nèi)斗”，避免人才流入其它地方。

一個(gè)好的SerDes芯片創(chuàng)業(yè)公司，必須集齊在ADC、PLL、DSP等模擬芯片設(shè)計(jì)上的高手團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也得懂點(diǎn)指令集架構(gòu)，并且花時(shí)間反復(fù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試，才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

這一點(diǎn)是部分國(guó)內(nèi)廠商的軟肋，也是整個(gè)國(guó)產(chǎn)替代過(guò)程中難以打折扣的前期準(zhǔn)備。



03國(guó)內(nèi)車(chē)市迭代催生車(chē)載SerDes更新

在汽車(chē)上，由于具備高速率、低延遲、低功耗等特點(diǎn)，SerDes有廣泛的應(yīng)用空間，主要用于車(chē)載攝像頭、傳感器和顯示系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

SerDes尚未流行之前，傳統(tǒng)汽車(chē)使用的是CAN總線為主、Lin總線為輔組成的車(chē)載內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，但是數(shù)據(jù)傳輸、傳輸帶寬、穩(wěn)定性都比較有限。

新車(chē)型如蔚來(lái)ET7、極氪001等的發(fā)布，展示了乘用車(chē)搭載更多數(shù)量、更高質(zhì)量攝像頭的趨勢(shì)。

據(jù)測(cè)算，一顆800萬(wàn)像素?cái)z像頭在高速無(wú)損無(wú)延遲傳輸?shù)那闆r下，每秒鐘產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就高達(dá)5.75Gbps，在這種情形下，傳統(tǒng)的CAN/LIN總線很難滿足需求。

此外，隨著智能駕駛的發(fā)展，汽車(chē)電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸量大幅增加，各種傳感器和控制單元都需要實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)，除了圖像，還有雷達(dá)數(shù)據(jù)和車(chē)輛信息。

在輸入端產(chǎn)品不斷迭代得更清、更遠(yuǎn)、更廣的同時(shí)，背后無(wú)損無(wú)延時(shí)的傳輸“視覺(jué)神經(jīng)”以及高速計(jì)算的“大腦”就顯得尤為重要。

基于此，SerDes技術(shù)逐漸被引入車(chē)端，用于從攝像頭到ECU之間的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)高帶寬和低延遲，確保實(shí)時(shí)和可靠。

當(dāng)前全球智能電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域引領(lǐng)者特斯拉以及全球半導(dǎo)體領(lǐng)域巨頭英偉達(dá)，均在其各自高階產(chǎn)品中使用了車(chē)載 SerDes 芯片，自動(dòng)駕駛級(jí)別越高，所使用的數(shù)量越多，而攝像頭和顯示器分辨率越高，SerDes芯片的售價(jià)也越高。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士，一輛車(chē)如果有5顆攝像頭，就至少需要配置10+顆SerDes芯片，平均每輛車(chē)需要15-30顆SerDes。一顆金額在1-5美金，平均3美金左右，所以每輛車(chē)大概需要配置約100美金的SerDes芯片（其中SerDes廠商利潤(rùn)可能在20美金左右）。

除了主驅(qū)動(dòng)，隨著車(chē)內(nèi)信息顯示方式和人機(jī)交互方式的革新，以及車(chē)載信息娛樂(lè)需求的不斷提升，座艙屏幕數(shù)量和分辨率均呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，SerDes 也被用于車(chē)機(jī)向座艙屏幕的大帶寬數(shù)據(jù)傳輸，以及域控制器之間的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

據(jù)蓋世汽車(chē)研究院分析，2023年全球車(chē)載 SerDes 芯片市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到數(shù)十億美元，未來(lái)十年，這一市場(chǎng)將朝著百億美元規(guī)模進(jìn)發(fā)。

不過(guò)，值得注意的是，當(dāng)前汽車(chē)應(yīng)用中使用的SerDes解決方案都是專用的，每家都有自己的協(xié)議。這意味著，一旦使用了某家的方案，未來(lái)的平臺(tái)更新升級(jí)存在嚴(yán)重的依賴性，主機(jī)廠很有可能喪失部分價(jià)格談判權(quán)。

基于此，主機(jī)廠未來(lái)很有可能加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵芯片的集中采購(gòu)和集中終端管理，來(lái)降低在SerDes芯片上的花費(fèi)成本。



04車(chē)載SerDes主要廠商盤(pán)點(diǎn)


至少目前來(lái)看，車(chē)載SerDes對(duì)傳輸速率的追求并不高。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，一般采用40nm或28nm的芯片制程，通信速率在3Gbps到12Gbps之間，6-8Gbps已經(jīng)可以滿足大部分車(chē)載SerDes的需求。

不過(guò)隨著智能駕駛技術(shù)的進(jìn)步和攝像頭、車(chē)內(nèi)屏幕和娛樂(lè)設(shè)施的升級(jí)，有相關(guān)專業(yè)人士預(yù)計(jì)到2027年/2028年，市場(chǎng)上將會(huì)出現(xiàn)24Gbps車(chē)載SerDes產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)新能源造車(chē)雖然走在世界的前列，但是低速率的車(chē)載SerDes芯片這塊，海外廠商還是占據(jù)當(dāng)前的主導(dǎo)位置。

據(jù)QYResearch，全球車(chē)載SerDes芯片第一梯隊(duì)的供應(yīng)商為美信半導(dǎo)體（Maxim），德州儀器，這兩家公司2023年占據(jù)了92%的市場(chǎng)份額；第二梯隊(duì)包括Inova Semiconductors、Sony Semiconductor和ROHM Semiconductor等共占有約6%的市場(chǎng)份額。


圖1 全球車(chē)載SerDes芯片的主要參與者和市場(chǎng)份額情況

與海外成熟的市場(chǎng)體系相對(duì)照的，是國(guó)內(nèi)各相關(guān)從業(yè)者的心有不甘。

在擁有更大體量市場(chǎng)的情況下，國(guó)內(nèi)理應(yīng)伴生一個(gè)更加全面的產(chǎn)業(yè)鏈，也應(yīng)該分到更多的蛋糕。恰逢美國(guó)的貿(mào)易壁壘越來(lái)越高，車(chē)載SerDes芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域開(kāi)始迎來(lái)一場(chǎng)創(chuàng)業(yè)潮。

近幾年，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有超20家芯片廠商躋身車(chē)載SerDes領(lǐng)域，同時(shí)蔚來(lái)、廣汽、長(zhǎng)安等車(chē)企以及相關(guān)資本也在持續(xù)加碼該賽道。

盡管?chē)?guó)內(nèi)技術(shù)起步較晚，當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)同樣非常激烈，目前主要參與者包括：

1） 仁芯科技，成立于2022年，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)來(lái)自高通、Synopsys和通用汽車(chē)等國(guó)際頭部企業(yè)。公司首顆22nm高性能車(chē)載SerDes芯片產(chǎn)品回片已點(diǎn)亮量產(chǎn)，支持1.6bps-16Gbps的傳輸速率，速率和工藝目前領(lǐng)先同行一至二代。

2） 瑞發(fā)科，成立于2009年，團(tuán)隊(duì)來(lái)自清華大學(xué)，領(lǐng)軍人物王元龍擁有超過(guò)20年的ASIC芯片設(shè)計(jì)及高速模擬和混合電路架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)。公司推出支持單通道正向傳輸速率從2Gbps到12.8Gbps的車(chē)載SerDes芯片。全球唯二的量產(chǎn)超過(guò)12G PAM4車(chē)載SerDes的企業(yè)。

3） 銳泰微，成立于2021年，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)來(lái)自ADI、MAXIM和Marvell等企業(yè)，專注于車(chē)載SerDes技術(shù)的開(kāi)發(fā)。公司推出了基于自主研發(fā)SerDes協(xié)議和IP的12Gbps車(chē)載SerDes產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在2024年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

4） 景略半導(dǎo)體，成立于2009年，由前Marvell核心成員組成，領(lǐng)軍人物何潤(rùn)生曾是千兆以太網(wǎng)物理層芯片的系統(tǒng)架構(gòu)總設(shè)計(jì)師。公司推出中國(guó)首個(gè)基于ASA協(xié)議的車(chē)載SerDes產(chǎn)品，支持通訊速率覆蓋2-16Gbps和30米通訊距離，產(chǎn)品計(jì)劃在2024年底量產(chǎn)。

5） 慷智，成立于2017年，由前海思美國(guó)IC Lab首席多媒體科學(xué)家劉文軍創(chuàng)立，團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自TI、NXP等頂級(jí)芯片公司。其第一代車(chē)規(guī)級(jí)芯片已成功量產(chǎn)，累計(jì)出貨近百萬(wàn)顆。第二代產(chǎn)品在速率上有顯著提升，最高可達(dá)6Gbps。

6） 英納微，成立于2022年，團(tuán)隊(duì)幾乎全部來(lái)自Marvell，由前Marvell技術(shù)專家張海青領(lǐng)銜。公司目前開(kāi)發(fā)了最高支持12.8Gbps速率的車(chē)載SerDes產(chǎn)品。



05尾聲

無(wú)論是車(chē)載SerDes芯片的商業(yè)前景爆火，還是數(shù)據(jù)中心對(duì)高速SerDes芯片的需求激增，兩大背景尤為明顯。

一方面，國(guó)內(nèi)車(chē)市、AI、大模型迭代迅速，在已有市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，工具性的輔助顯得至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)體量?jī)?yōu)勢(shì)正在延伸至相關(guān)供應(yīng)鏈，催生更多國(guó)產(chǎn)企業(yè)加入。

另一方面，經(jīng)濟(jì)全球化的后半程，美國(guó)卻開(kāi)始在高端供應(yīng)鏈上逐漸加高壁壘，這相應(yīng)倒逼了國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈創(chuàng)業(yè)潮的產(chǎn)生。經(jīng)歷過(guò)上一輪“缺芯”困境的廠商，幾乎都在著手分散風(fēng)險(xiǎn)，也愿意為新興國(guó)產(chǎn)廠商提供試水的機(jī)會(huì)。

作為一個(gè)門(mén)檻相對(duì)較高的領(lǐng)域，發(fā)展初期的各家廠商還處在對(duì)已有知識(shí)的吸收、消化、創(chuàng)新階段，區(qū)位差距沒(méi)有太過(guò)明顯，市場(chǎng)格局后續(xù)變化預(yù)計(jì)較大。

值得警惕的是避免未成體系化前的內(nèi)斗，在相應(yīng)人才、市場(chǎng)份額、技術(shù)環(huán)節(jié)上槍口抬高一尺，彼此多留一些機(jī)會(huì)。

集中度如此之高的SerDes市場(chǎng)，需要更多的中國(guó)力量。

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