15家汽車製造商「牽頭起草」千兆位車載乙太網標準「GGAI視角」

車載通信是支持自動駕駛最容易被忽視的技術之一。

「汽車乙太網」可以指任何基於乙太網的車載電氣系統聯網方案。它還作為BroadR-Reach(或開放聯盟BroadR-Reach)和100Base-T1 (IEEE的802.3bw-2015)的總稱。

在這兩種情況下，汽車乙太網都是專門定製的，以便為車內網路提供更快的數據通信。其中，BroadR-Reach可以被認為是100Base-T和1000Base-T協議的混合，利用標準乙太網技術，它的能力是100Mb/s，其中未屏蔽的雙絞線最長可達15米，或40米的屏蔽雙絞線。

BroadR-Reach鏈路的配置顯示，該協議通過一對簡單的雙絞線以100 Mb/s的數據速率提供全雙工操作。

在鏈路的兩端是BroadR-Reach PHY晶元，它可以同時向兩個方向發送和接收數據。在物理層之上到MAC介面層是普通的IEEE 802.3乙太網，這是與普通乙太網的唯一區別。

但現有的車載乙太網僅適用部分ADAS及車載信息娛樂，仍然沒有解決長期的自動駕駛的落地量產需求。

近日，超過15家汽車製造商，包括PSA、豐田和沃爾沃，以及Tier1和零部件供應商，將著手制定一個新的基於光纖的車載乙太網標準。

通過改進現有的10GBASE-SR(滿足IEEE當前標準)，推出一個新的10Gb/s的通信通道，從而在汽車領域推出一個新的千兆位標準。

按照計劃，IEEE批准了一項關於IEEE 802.3汽車千兆比特標準項目，並將於今年夏天開始標準研討，首批原型預計將於2021年底推出。

「信息娛樂、ADAS和高等級自動駕駛是關鍵數據速率的指數增長的主要趨勢，需求從100Mbps到1Gb/s、2.5Gb/s、5Gb/s和10Gb/s，一些廠商甚至將目標指向25 - 50Gb/s。」上述標準項目推進負責人表示，像10GBASE-SR這樣的現有標準非常適合汽車應用，但它不符合嚴格的汽車要求。

目前，汽車行業正在尋求能夠實現10 Gbps通信的技術。這是由於日益增長的感測器和電子控制單元的數據交換。

為什麼10GBASE-SR不適用於汽車？

理想情況下，現有的標準適用於汽車應用程序。10GBASE-SR是IEEE目前在光纖中建立10 Gbps通信信道的標準之一。它最初是為了滿足數據中心的需求而創建的，這些數據中心的溫度、運行壽命、價格、可靠性和機械魯棒性都受到嚴格的控制，而且非常適中。

不幸的是，它並不符合嚴格的汽車要求。當應用汽車需求時，10GBASE-SR提供的鏈路預算（代表了接收信號時的餘量）太低，無法接受。

特別是考慮到能耗、成本是汽車應用的關鍵，只有一種新的通信方案能夠提供更大的利潤，並自動適應不同的環境條件和製造過程的變化。

此外，新標準應該是一種可伸縮的技術，以便在未來支持更高的數據速率，如25、50和100Gbps。

一直以來，圍繞自動駕駛的一個不太為人所知的話題是數據傳輸。通常有兩種選擇：傳輸延遲極低但帶寬要求較高的原始圖像和感測器數據，或者使用編碼工具和DSP發送更少的比特但延遲更高。

由於安全性和響應時間方面的原因，隨著我們進入L4/L5自動駕駛系統的開發，低延遲已經勝出。這意味著數據的轉移效率，以及大量的數據通訊。

以攝像頭為例，一個1080p60的視頻，每個通道有8位顏色，需要0.373GB/s的帶寬，也就是每秒千兆位元組，相當於每個攝像頭每秒2.99千兆位元組。

今年初，英偉達和Aquantia宣布了夥伴關係，這意味著基於Aquantia的網路控制器和PHYs將用於後者的DrivePX Xavier平台，隨後也將用於Pegasus平台。

第二個信息是來自Aquantia的新汽車產品棧，根據汽車網路需求由三個晶元組成，一個是物理層，一個是PCIe網路控制器，第三個是兩者的結合。

物理層可以接受一個標準的攝像機輸入(2500BASE-X、USXGMII和XFI)，並根據需要通過千兆乙太網發送數據。控制器可以將標準的XFI 10gb SerDes數據直接輸出到PCIe，而組合晶元是常規的MACPHY組合，將乙太網數據轉換為PCIe。

這三種晶元都採用28nm製程（Aquantia同時與台積電和GloFo合作），符合AEC-Q100行業標準。

使用千兆比特的好處是，它只使用一根標準的雙絞線就可以提供2.5G，一對則提供5G，兩對提供10G。而目前的汽車網路系統基於單對100/1000Mbit技術，這對於在L4/5自動駕駛系統中引入的高帶寬、低延遲要求是不夠的。

以英偉達的Xavier SoC為例，有千兆和10千兆嵌入(所以它只需要一個物理層工作)，以及109 Gbps總網路支持。

在視頻處理器上，它支持1.8億像素/秒的解碼，如果我們輸入一些數字(1080p60 = 124MPixel/s)，就可以支持大約12個8位顏色的攝像頭，或者4K攝像頭和其他感測器的組合，搭載的ISP可以達到1.5兆像素/秒。

對於未來車載乙太網的爭奪，還反映在企業的兼并購上。

Marvell公司在今年5月宣布以4.52億美元收購Aquantia，後者最為人所知的就是他們的Multi-Gig (2.5G/5G/10G)乙太網控制器，適用於各種市場，包括PC、數據中心和汽車。

Marvell尤其希望擴大其高速車載網路產品組合，利用Aquantia的Multi-Gig技術，為L4/5自動駕駛系統提供足夠的帶寬。

值得注意的是，Marvell將獲得Aquantia的汽車業務關係，這包括其與英偉達合作開發的Xavier和Pegasus Drive AGX數據傳輸系統。

同時，Aquantia、英偉達、汽車零部件一級供應商博世、大陸，以及大眾汽車北美子公司美國大眾也有一個類似的車載乙太網聯盟，名為NAV Alliance。

該聯盟的目標是打算為下一代車載千兆乙太網開發一個生態系統，成員們計劃為該網路的互操作性、安全性和可靠性設計規範。此外，小組成員將推動標準化，並建立必要的標準機構。

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