上海羊羽卓进出口贸易有限公司以太网PHY市场快速增长，国产PHY芯片继续突破
电子发烧友网报道（文/李宁远）以太网，一个我们已经很熟悉的技术。虽然我们在以太网的了解与应用上不断在取得进步，但以太网在实际使用中仍然经常遇到不少挑战。这些挑战可能来自功率，可能来自带宽，可能来自通信距离等等。为解决这些困难，以太网物理层PHY提供了不少助力。
以太网PHY芯片，一种物理层收发器器件，是有线通信领域常见的基础芯片。物理层PHY指定电信号类型、信号速度、介质和连接器类型以及网络拓扑，实施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各种以太网标准。物理层PHY接受链路层MAC过来的数据，进行处理后把并行数据转化为串行流数据，按照物理层的编码规则把数据编码，再变为模拟信号把数据送出去。
以太网PNY芯片市场规模与格局
以太网PHY芯片是数据通讯中有线传输的重要基础芯片之一，产业规模方面根据中国汽车技术研究中心发布的数据统计，2021年全球以太网物理层芯片市场规模约为120亿元，2022年至2025年，全球以太网物理层芯片市场规模预计保持25%以上的年复合增长率，2025年全球以太网物理层芯片市场规模有望突破300亿元。
以太网物理层芯片目前最火热的一条赛道是车载以太网PHY芯片，在汽车电动化、智能化的发展趋势下，车载网络的主要形式从此前CAN总线往以太网迁移，以太网在车身上的端口数迅速增加。根据中金研究部的数据，国内车载以太网PHY芯片预计到2025年国内市场规模将迅速增长到156亿元。在以太网PHY芯片市场规模稳步增长的同时，车载以太网PHY芯片市场在强势增长。
不论是非车载以太网PHY芯片的市场格局还是车载以太网PHY芯片的市场格局，集中度都很高，少数厂商掌握了大部分的市场份额。根据中国汽车技术研究中心有限公司的数据，美国博通、美满电子、德州仪器、高通、微芯和中国台湾瑞昱这几家巨头占据全球超过90%的市场份额。车载以太网PHY芯片上，美满、博通、瑞昱、TI和NXP五家企业几乎占据了车载全部的市场份额。这些家厂商经过多年发展，凭借资金、技术、客户资源、品牌等方面的积累，形成了巨大的领先优势，尤其是博通、美满和瑞昱。
国内以太网物理层芯片自给率很低，下游厂商使用的以太网物理层芯片都高度依赖境外进口。作为有线传输重要的基础芯片，PHY芯片国内很长一段时间不能独立自主地研发生产。但是 随着这几年国产化的推进，产业链上下游对以太网芯片市场大力支持，现在不少国产PHY芯片出现了，开始替代原本垄断在几家巨头厂商手中的市场份额。
大陆以太网PHY厂商
裕太微电子
以以太网物理层芯片切入市场的裕太微电子在高速有线通信芯片市场风头正劲，是中国大陆极少数拥有自主知识产权并实现大规模销售的以太网物理层芯片供应商。在车载以太网物理层芯片细分领域，裕太微电子也是境内首家通过 OPEN Alliance IOP 认证的企业，自主研发的车载百兆/千兆以太网物理层芯片瞄准目前新兴的车载以太网市场，已通过 AEC-Q100 Grade 1车规认证和C&S国际认证。在技术实力上处于国内领先位置。
根据裕太微电子公布的2021年营收，目前主要营收集中在百兆和千兆以太网物理层芯片产品上，其中又以工规级千兆产品占比最高，超过总营收的一半，车规级芯片营收占比尚小。今年裕太微电子推出了车载千兆以太网物理层芯片，并量产了2.5G以太网芯片，在高端以太网PHY芯片领域将会有不小的增长。
截至目前，裕太微电子量产的消费级以太网PHY芯片共12个料号，单口9个料号，多口3个料号；工业级以太网PHY芯片共10个料号，单口7个料号，多口3个料号。车载以太网PHY芯片上目前量产的是单口百兆PHY YT8010A，千兆PHY YT8011A已经正式推出尚未量产。
这里重点关注一下千兆PHY YT8011A，作为裕太微电子重点布局赛道上的先进产品，YT8011系列拥有完全自主知识产权。以太网物理层芯片复杂的数模混合芯片系统包含了高性能
SerDes、高性能ADC/DAC等AFE设计，YT8011系列采用了高速DSP技术，包含高达750MSPS的ADC和3GSPS的DAC。根据官方数据，YT8011系列千兆高速传送双向数据流在CAT5E低成本非屏蔽双绞线上的传输距离达到60米以上，完全满足车载雷达、环视、自动驾驶等高速数据传输的应用需求。
景略半导体
景略半导体核心团队脱胎于美满电子，专注于高速数模混合信号芯片设计，在高性能以太网PHY芯片上实力强劲。景略半导体基于EtherNext技术，提供三个系列PHY产品，分别是针对车载IVN的Cheetah系列、工业应用的Antelope系列和企业解决方案的SailFish系列。
景略半导体的EtherNext技术是独特的数模混合信号技术架构结合先进的制造工艺和智能传输协议，这一技术让景略的Ethernet PHY产品在性能、功耗和成本等方面具有不错的优势，速率在高达万兆以上时仍可提供行业领先的低功耗远距离传输。就单个设备而言，整体的功耗预算在选用PHY之前就已经确定了，不会留给物理层太多的功耗预算，功耗低的优势此时就体现出来了，这也是为何景略半导体PHY芯片出货量相当亮眼。
Cheetah系列的车规级千兆以太网PHY JL3XX1系列采用国内首创车载单对线千兆以太网技术，支持1Gbps或100Mbps的数据传输速率，传输距离长，功耗极低。工业应用的Antelope系列分为单口快速以太网JL11X1和千兆JL2XX1，JL11X1性能远超过IEEE规范，JL2XX1则支持多种不同协议数据速率能让整个系统拓展性大增。
目前景略半导体正在瞄准高速万兆车载T1 PHY布局抢占车速高速以太网市场。
鑫瑞技术
鑫瑞技术主要从事智能以太网交换及接口芯片的设计，是一家专注于智能以太网领域的芯片设计公司和国外以太网芯片的替代厂商。目前旗下有XR18201、XR8211、XR8010、XR86114、XR86118五个料号的以太网PHY芯片。XR8010为车载百兆以太网PHY，XR86114和XR86118为千兆以太网PHY，能够支持多种不同协议数据速率，集成同步以太功能实现整网的时钟同步，有效改善了延迟影响。
睿普康
睿普康主要从事智能物联网终端通信芯片的设计开发，旗下两个料号RPC8211E/F为以太网千兆PHY芯片，RPC8201F为以太网百兆PHY芯片。千兆PHY芯片RPC8211E/F性能对标瑞昱的RTL8211，RPC8211E/F兼容1000Base-T、100Base-TX、10Base-T还能支持节能以太网，传输距离在1000Base-T中支持120m的CAT.5电缆也足够长。睿普康的PHY芯片是用来代替瑞昱pin对pin芯片的常客
和芯润德
和芯润德的SR8201F（I）是两款单口百兆以太网PHY芯片，在通信、物联网领域应用广泛。目前SR8201F（I）已经应用到华为海思、安凯微电子、瑞芯微电子、炬力科技、兆易创新、乐鑫、君正等公司的数十款MCU中。
楠菲微电子
楠菲微电子是极少数同时掌握了智能计算中心、数据中心、工业和消费类全系列路由交换设备架构、通信协议栈以及相关芯片设计、量产能力的企业，在PHY芯片方面拥有核心技术。目前楠菲微电子有两款以太网PHY芯片，SF1004和SF1204。两款芯片均为4端口，SF1004为千兆，SF1204为万兆。
SF1204作为楠菲最新推出的10/100/1000/2.5G/5G/10GBase-T低功耗万兆PHY芯片，BER优于10-15。5G 和5G 模式在CAT 5e线缆上SF1204的传输距离大于100米，10G模式，在CAT 6A线缆上传输距离可达100m，芯片实力强劲。
昆高新芯
成立于2019年的昆高新芯瞄准了车载以太网这条赛道，致力于时间敏感网络（TSN）交换芯片和物理层芯片PHY的研发与设计。目前旗下有消费类PHY芯片KG7XXXC，工业类PHY芯片KG7XXXI、KG701XI以及车载PHY芯片KG701XM。
所有PHY芯片都内置了国密安全算法，核心IP均有自有知识产权，竞争力不俗。根据官网消息，昆高新芯研发的千兆PHY产品已经完成设计，预计今年将完成流片。
国产PHY芯片继续突破
随着市场对网络速度的要求越来越高，百兆正在被千兆取代，千兆也开始慢慢被2.5G/5G/10G取代，因此近年来以太网PHY芯片市场规模在进一步扩大。从上面这些PHY厂商的产品和布局也能看到，大家对于更高速度的PHY芯片研发都在紧锣密鼓地进行中。高速性能无疑是这些厂商展示技术实力，抢占市场份额的关键一环。
另一方面，在汽车电动化、智能化的发展趋势下，车载以太网的需求大增，以太网PHY车载市场增量很快会超过当前既有市场量。众厂商也纷纷布局、推出各自的车载以太网PHY，想在这个新兴市场和传统的国际巨头掰掰手腕做出一些突破。
话说回来，以太网PHY芯片复杂的设计需要强大的数模混合设计能力，想要在寡头局面的市场中完成国产替代，国产PHY厂商既需要在新兴的细分应用市场快人一步，还是需要保持在研发上的投入，不断缩小技术差距，继续精进产品。
以太网PHY IP在高性能计算SoC中的作用
作者简介
新思科技 产品营销经理 Priyank Shukla
随着5G、物联网、多媒体应用等技术的发展，数据流量呈指数增长，极大地推动了高容量超大规模数据中心的建设。根据思科2018年全球云服务指数预测，到 2021年，超大规模数据中心数量预计将增长到628个（截至2016年底为338个），占所有已安装数据中心服务器的 53%。而以太网已成为超大规模数据中心服务器之间通信首选的网络协议，因为它允许企业分解网络交换机并独立安装其软件操作系统，并可以通过晶体管扩展来降低每比特的成本/功耗，实现经济高效、密集开放的交换机和网络技术。
以太网是一种计算机网络技术，它定义了开放系统互连 (OSI) 模型的物理层和数据链路层。IEEE 802.3 标准以一种结构化方式描述这些功能，强调系统的逻辑划分以及其如何组合在一起。由媒体接入控制 (MAC) 组成的数据链路层可创建以太网数据帧，并使用底层以太网物理层通过介质传输数据帧。
本文将向大家介绍高性能计算片上系统 (SoC) 中使用的以太网 PHY，以及完整的 MAC + PHY IP 如何加速协议遵从和设计收敛。
什么是以太网PHY？
以太网物理层(简称PHY)是一个抽象层，负责传输和接收数据。PHY对传输的数据帧进行编码，并按照特定的操作调制速度、传输媒体类型和支持的链路长度对接收的帧进行解码。举个例子，我们的笔记本电脑都有“以太网接口”。图1描述了如何通过以太网电缆将数据传入和传出处理器。在这种情况下，由CPU中的以太网MAC组装的以太网数据帧(数据包)，通过IEEE802.3标准定义的MII/GMII穿过母板(一个印刷电路板)，到达以太网PHY。超大规模数据中心的以太网PHY
数据中心实际上是一种通过光和铜介质连接的计算和存储系统的网络。使用到的光纤有单模和多模两种，单模光纤 (SMF) 更加节能，同时可提供最大的覆盖范围，而多模光纤 (MMF) 更具成本效益，通常适用于 500 米以内的使用场景。服务器机架单元到机架顶部 (TOR) 交换机链路通常使用双轴铜缆实现。集成式电气以太网PHY的优势
IEEE802.3-2018 和以太网技术联盟 (ETC) 分别定义了 400 Gb/s 和 800 Gb/s 的标准。值得注意的是，800 Gb/s以太网也是基于IEEE 802.3-2018和802.3ck的400 Gb/s以太网访问方法和物理层标准。直流平衡：PCS可实现64/66比特的线编码和加扰操作，以保持传输密度和直流平衡；
将编码数据传入/传出物理介质附件 (PMA)；
补偿 200GMII/400GMII 和PMA之间的任何速率差异，这些差异是由于对齐标记插入或删除，或 PCS 通过插入、删除空闲控制字符纠正的任何速率差异引起的；
从66比特块转码到257比特块或从257比特块转码到66比特块；
实现正向纠错 (FEC) 功能：FEC 技术通过解码来校正接收端发生的错误。这些用于改善链路比特误码率 (BER)。然而，编解码收益和相关BER改进是以增加延迟为代价。考虑到这种权衡，基于链路BER，可以实施不同的FEC。通常对于BER 大于10^-5 且小于10^- 8的链路，根据标准使用 Reed Solomon FEC函数。对于BER大于10^-8 且小于10^-12的链路，使用基于FEC函数的firecode。最后，对于BER小于10^-12 的链路，可不使用FEC函数。
为背板应用设置了基于协议定义的链路训练函数来调整均衡器分路器系数。
然后，PMA层将PCS格式的信号的逻辑或物理通道数量调整适当，从接收到的信号中恢复时钟，并为本地环回操作提供各种发送和接收测试模式。再往下层，物理介质相关 (PMD) 层接口到传输介质，将PHY连接到介质，介质可以是许多不同类型的光纤或铜缆。最后，自动协商层（AN）使设备能够监测远端设备的功能和状态。IEEE Std 802.3 标准第 73 条定义了新的通用自动协商协议，该协议使用独立于标准速度模式的信号。自动协商允许设备通告和共享信息，包括速度、模式、故障信号和其他控制信息。而集成的以太网PHY IP包括PCS、PMA、PMD和自动协商功能，能够更快地采用最新的 800Gb/s和400Gb/s 以太网。图5显示了800G/400G PCS的实现案例。总结
以太网已成为现代高性能计算数据中心服务器间通信的事实标准。高性能计算不断增加的带宽需求也在促使以太网互连和PHY技术不断变革，系统和 SoC设计人员必须了解不同类型互连的特性以及针对其目标应用的PHY技术。以太网数据帧通过各种通道和介质类型在多个服务器单元之间传输，以太网系统中完整的MAC和PHY方案则可以缩短设计周期时间并提供差异化的性能，因而，以太网PHY IP将对高性能计算SoC起到重要的作用。今天是《半导体行业观察》为您分享的第2911内容，欢迎关注。
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