产研：艰难的替代——车载以太网交换芯片TSN（三）

车载网络通信的关键技术——TSN

随着汽车行业的不断进步，车载以太网技术已成为推动汽车智能化发展的关键技术之一。它不仅能够支持高速数据传输，还提供了多种协议和应用形式的支持，如TSN/TTE、TCP/IP、DOIP、SOME/IP等，这使得车载以太网在智能驾驶和智能座舱的应用中发挥着至关重要的作用。通过对传统以太网物理层的改造，引入了100BASE-T1和1000BASE-T1标准，车载以太网成功降低了电磁干扰和布线成本，同时满足了汽车行业对高数据传输速率、高可靠性、低电磁辐射、低功耗及同步实时性的高标准要求。

常规以太网vs汽车以太网物理层技术，来源：巨世安防

从发展阶段来看，车载以太网的应用经历了从最初的车载诊断系统和ECU软件刷新，到整合子系统支持智能座舱和辅助驾驶的应用，再到将来的主干网络整合各个控制系统，形成跨域的汽车网络。这一过程中，TSN技术的引入，作为车载网络通信实现高可靠性和低时延的关键技术，标志着车载以太网技术迈向了新的发展阶段。TSN技术通过精准的流量调度，确保了高质量的数据传输，这不仅技术成熟，而且具有显著的成本效益，使其在多个领域成为下一代网络承载技术的重要演进方向。

在汽车通信领域，随着车载以太网节点的不断增加，星形拓扑结构成为了一种重要的网络结构。这种结构使得通过增加交换机的数量来扩展网络变得简单，对于ECU的频繁变化提供了极大的灵活性。TSN交换芯片在这一过程中扮演着核心角色，它能够实现与现有标准以太网交换芯片的兼容，同时增加了时间同步和输出接口整型逻辑，有效地实现了TSN交换。这一进展不仅凸显了车载以太网技术的快速发展，也预示着它在未来汽车通信网络中的核心地位。

什么是以太网交换芯片？

交换芯片和物理层芯片的区别，来源：山西证券研究所

以太网交换设备由以太网交换芯片、CPU、PHY、PCB、接口/端口子系统等组成，其中以太网交换芯片和CPU为最核心部件。以太网交换芯片是现代网络通信技术的关键组件，特别是在交换机的核心部件中发挥着至关重要的角色。它们不仅是专为网络应用优化的专用集成电路，而且还具有处理和转发大量数据及报文的专业能力。这些芯片由接口模块、内容处理模块、进出口数据包修改模块、MMU模块、L2和L3处理器、安全模块等多个部分组成，每个部分协同工作以保持高效的数据处理能力。此外，以太网交换芯片的架构实现因其复杂性而显得特别重要，内部的逻辑通路由数百个特性集合组成，这些集合在一起，使得芯片能够实现其高性能。

以太网交换设备的工作原理包括数据包通过端口进入芯片后的一系列处理步骤：数据包头字段的匹配、安全检测、流分类、以及最终的二层交换或三层路由。经过这一系列处理，数据包根据其优先级或其他参数被放入不同的队列中，等待通过调度器的调度，最终从相应的端口发送出去。这一过程不仅确保了数据的高效传输，还实现了对网络流量的管理和控制。

随着技术的发展，以太网交换芯片的应用领域不断拓宽，特别是在车载网络中的应用。各域控制器通过以太网交换机实现信息交互成为可能。在自动驾驶技术的推动下，车载以太网的需求量快速增长，市场格局呈现高度集中的趋势。以太网技术不仅用于连接动力总成、底盘控制、车身、娱乐和ADAS等核心域控制器，而且还支持高级自动驾驶功能的实现，这使得车载以太网技术的渗透率不断提升。

以太网交换芯片的市场前景

中国大陆以太网交换芯片市场规模，来源：中汽中心

中国车载以太网交换芯片市场规模，来源：Mouser

全球汽车以太网交换芯片市场前7强生产商排名及市场占有率(2022年)，来源：Mouser

全球汽车以太网交换芯片市场正经历快速增长，受益于新能源汽车智能化的推进和对数据传输量的爆发式需求。根据Mouser提供的数据，主要生产商包括Broadcom、Marvell、Microchip Technology等，其中2022年，这些顶尖厂商占有了全球市场约22.0%的份额。汽车局域网(LAN)作为当前最主要的细分产品，占据了约79.1%的市场份额。

从2016年的318.5亿元增长到2020年的368.0亿元，全球以太网交换芯片市场展现出稳健的增长，年均复合增长率为3.6%。预计到2025年，市场规模将达到434.0亿元，展现3.4%的年均复合增长率。市场参与者既包括专注于商用产品的博通、美满等，也有如思科、华为这样通过自研芯片满足自身需求的厂商。

汽车以太网交换芯片的市场需求随着智能汽车技术的发展而急剧增加。未来智能汽车的以太网端口数量预计将从目前的约10个增加到100个以上，这为车载以太网芯片带来了巨大的增长潜力。特别是在中国，预计到2025年车载以太网交换芯片市场规模将达到137亿元，2021-2025年的年均复合增长率高达63.1%。

从需求端看，智能驾驶和智能座舱对车载以太网交换机芯片的需求日益增长。例如，奔驰S级车型至少配备5个以太网交换芯片。据中国汽车技术研究中心的数据，2021年中国大陆的市场规模为107亿元，预计至2025年将达到178亿元，年均复合增长率约为13.5%。

芯片的价值量也是一个重要考虑。以NXP和Ti的产品为例，单车的SERDES+PHY+交换芯片价值量平均约为$119，再加上网关芯片后，总价值量约为$179（约1250元）。到2030年，预计L4级别的车型将搭载超过100颗以太网芯片，届时单车以太网+SERDES芯片的价值量可能达到$680（约4760元）。

 车载以太网交换芯片主要玩家

在全球车载以太网交换机市场中，虽然由几家国外巨头主导，但随着车辆智能化和网络化需求的增加，市场正逐渐向更广泛的技术创新和供应链多元化发展。以下是对车载以太网交换机市场和相关技术企业的进一步探讨。

首先，美满电子和博通作为第一梯队，代表了市场上对高标准以太网产品的需求。美满电子的88Q5050芯片不仅在汽车安全性方面设立了新标准，还促进了车载网络技术的进步，其与NVIDIA DRIVE Pegasus平台的合作，标志着先进的车载以太网技术在自动驾驶领域的应用。博通BCM8958X系列产品展示了其在网络带宽和处理能力方面的技术实力，为未来汽车架构提供全面的网络解决方案，强化了软件定义车辆的发展。

第二梯队的企业，如微芯、恩智浦和瑞昱，虽然在技术标准上不及第一梯队，但他们通过提供特定的解决方案和优化成本效益比来满足市场需求。恩智浦的整体解决方案聚焦于汽车领域，瑞昱则通过高性价比满足大众市场的需求，展示了市场竞争中的多样性。

第三梯队则以中国本土企业为主，国科天迅的TAS2010芯片的成功研发和应用，标志着中国在车载以太网技术领域取得的重大进步。这不仅体现了国家集成电路产业自主可控战略的成效，也展现了国内企业在高新技术研发方面的实力和潜力。此外，TAS2010芯片在一汽红旗E-QM5电动车上的应用，验证了其在实际车辆中的可靠性和性能，为国产化车载以太网技术的推广和应用开辟了新路径。昆高新芯、物芯科技和盛科通信等企业在工业互联网和以太网交换芯片设计方面的持续投入和创新，不仅增强了我国在相关技术领域的竞争力，也为行业提供了更为丰富和可靠的产品选择。

车载以太网交换芯片部分玩家，来源：与非研究院

总结：国内外以太网芯片的技术差距

国内外以太网芯片参数对比，来源：各公司官网

随着技术的发展，车载以太网芯片正朝高交换容量、多端口配置方向进化。以太网联盟预测，智能汽车单车以太网端口将超过100个。例如，Marvell的BrightlaneQ622x系列中央汽车以太网交换机，专为汽车Zonal架构设计，交换容量高达90Gbps。尽管如此，与海外龙头厂商相比，国内在交换容量、端口速率等方面存在技术差距。目前，主要海外公司所发布的芯片产品的交换容量已经达到 25.6Tbps以上。博通和英伟达在 2022 年推出了面向超大规模数据中心的 51.2Tbps 超高容量产品，美满和思科在 2023 年发布了 51.2Tbps 的新品。这些产品单一端口支持最大速率均达到800G，并且采用了 7nm 及以下的芯片制程工艺。与之相比，公司已量产芯片产品在交换容量、端口速率等方面存在代际差异，最大端口速率仅达到 400G，交换容量仅2.4Tbps，而芯片制程工艺仍停留在 28nm 水平。

车载以太网技术的发展也面临挑战，如TSN技术虽提供高可靠性和低时延通信解决方案，但协议复杂，汽车行业缺乏应用经验。此外，随着技术的深入应用，对安全性、兼容性及系统集成的要求提高，需要不断创新和优化技术解决方案。

总的来看，全球以太网交换芯片市场正处快速增长期，尤其在汽车行业，技术进步和新能源汽车发展推动高速、高性能交换芯片需求，带来市场机遇。预计国内本土厂商将逐渐发力高端产品，积极追赶国际一线梯队的脚步。

关注往期文章：以太网物理层芯片PHY《产研：艰难的替代——车载以太网PHY芯片（一)》，以及以太网Serdes芯片《产研：艰难的替代——车载以太网SerDes芯片(二)》