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以中国标准主导车载高速媒体传输芯片国产化

随着汽车行业智能化进程的深入推进,车载摄像头和车载大屏需求巨大,这些应用都需要车载高速媒体传输芯片。过去很长时间,车载高速媒体传输在国内外尚无行业技术标准,成熟技术为国外公司所掌握,且不公开、不互联互通。比如 TI/Maxim/Rohm/Thine/APIX 等车载传输芯片都采用了企业私标,给行业和客户带来不便。其中美国公司 TI 和 Maxim 对车载传输芯片的垄断,既抬高了产业成本,又对芯片保供存在风险,更谈不上是自主可控。然而,车载高速媒体传输芯片是自动驾驶和智能座舱为主的解决方案的必然刚需,海量的单车芯片数量决定其市场规模的不断扩大。其中单车摄像头超过 10 个,大屏至少 2 个,并且都是发送(Tx)和接收(Rx)两颗传输芯片成对出现,因此单车所需芯片总数量超过 20 颗。这类芯片对于视频传输的要求很高,比如 4k 高清视频对传输速率的需求达到 6~12Gbps,传输距离最长 15 米,传输误码率 BER 小于 10-12。这些性能指标对车载高速媒体传输芯片提出了很高的技术要求。虽然近年来在国外陆续出现了 APHY 和 ASA 等车载传输芯片的标准,然而这些行业标准都有明显的技术缺陷,无法有效地满足车机内复杂电磁强干扰环境下的传输性能。

我国在高速传输芯片具有可与国外先进水平比拟的技术,在国产化芯片产品方面也具有创新性的应用,却长时间没有形成自主的车载高速传输芯片行业标准。为了有效改变当前车载有线高速媒体传输芯片缺乏国内行业标准的不利局面,汽标委网联工作组于 2020 年 2 月,启动了《车载有线高速媒体传输系统技术要求及试验方法》标准的起草工作。中国信息通信研究院和中国第一汽车集团有限公司作为牵头单位,积极地联合进行本标准起草。踊跃参与这项工作的还有中国汽车行业的主机厂、供应商和芯片厂商等 23 家企业,共同联手为此标准起草做出贡献。工信部于 2021 年 9 月正式立项并下发标准任务。目前已经形成标准草案,名称为《车载有线高速媒体传输系统技术要求及试验方法》,英文为 Technical Requirements and Test Methods of Automotive Wired High-Speed Media Transmission System,简称 HSMT。该标准于近期将面向社会公开征求意见。

中国的车载高速媒体传输标准 HSMT 在技术规范要求上,优于已有国外公司的企业私标,与其它类似的国外竞品标准(APHY/ASA)对比优势也非常明显。APHY 标准由 MIPI 主导,主要推动者是以色列 Valens 公司,业已提供 8Gbps 样片。ASA 标准由欧洲车厂主导,目前还没有已知的芯片支持。中国 HSMT 标准与其他两个国外标准的技术对比如下表所示。
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车载高速媒体传输在正向传输(通常为高清视频)需要高带宽,反向传输(通常为协议包)无需高带宽。针对这个特性,以上三个传输标准都是非对称传输协议。在正向传输编码方式上,三者都不约而同地选择了低速用 NRZ、高速用 PAM 的数据编码方式。在较高速率时,HSMT 和 ASA 都采用了 PAM4 的编码,在有效降低传输带宽的同时,不会过度增加芯片的复杂性。纵观其他有线高速传输标准,PAM4 编码已经成为现代高速有线传输的趋势,被业界证明是平衡芯片性能和功耗的最优方案。然而 APHY 标准反其道而行,在超过 8Gbps 时采用了过多的 PAM 调制。因此对 Tx 芯片的线性度和 Rx 芯片的高速高精度采样以及数字信号处理都提出了非常高的性能要求,必然造成过高的芯片功耗。也使得基于 APHY 标准的芯片在超过 8Gbps 速率时必须使用更加先进的半导体工艺。

为了保证车载复杂环境中的传输稳定性和可靠性,HSMT 在抗脉冲干扰、大电流注入、ESD 物理层方面都有针对性设计。在协议上引入了多个技术,包括强大的前向纠错编码(RS-FEC)和物理层重传协议。因此 HSMT 在标准协议上极大地提升了芯片的抗干扰性能,更适应车载的复杂环境。相比较而言,APHY 标准不支持前向纠错,在强干扰发生数据错误时必然激发物理层的重传,即使有少量数据错误也不例外。因此在实际应用中很容易发生反复多次的物理层重传,可能会严重影响车载高清视频传输的实时性。ASA 标准虽然支持前向纠错编码,但是纠错能力不如 HSMT 标准。更主要的问题在于,ASA 是半双工传输协议,正向视频和反向协议包是分时传输的,无法支持实时的物理层重传协议。因此在强干扰并发生大量数据错误且无法被前向纠错纠正时,必然造成视频传输的中断。由此可以看出,国外标准 APHY 和 ASA 都有明显的技术缺陷,无法有效地满足车机内复杂电磁强干扰环境下的传输性能。中国 HSMT 标准支持强大的前向纠错编码和物理层重传协议,优于以上两个国外标准。

此外,HSMT 标准还全面定义了媒体封装层,适配多种业务和多种传感器。其分层设计支持 " 一标多能 " 和 " 一芯多用 ",各层相对解耦,可以最大程度地重用已有设计和 IP。

综上所述,HSMT 标准拥有领先的性能品质,能够更好地满足车载工况要求。依托国内日益强大的汽车工业特别是电动车产业发展,在满足国内产业发展需求的同时,未来一定会走向世界,成为车载高速媒体传输事实上的国际标准。

借助国内业已具备的技术能力、产业准备度和市场容量,适时地推出高速媒体传输芯片行业标准,可以牵引国内产业形成合力。具有自主知识产权的国产化芯片也将陆续推出,必然会得到广泛应用。

目前已有多家国产半导体公司参加 HSMT 标准组,都在加紧开发支持此标准的国产芯片。其中最快的一家已完成工程样片的芯片测试,最高传输速率达到 12.8Gbps。芯片支持 23dB(@3.2GHz)的信道插损衰减和最长 15 米的传输距离。测试结果全部通过了现阶段 HSMT 标准规定的必测项,包括系统连通性测试、误码率测试、线束诊断测试、信号电气指标测试等。基于 HSMT 标准的芯片及其传输解决方案,具有高性能和高可靠性,可以成功应用于面向 ADAS 和环视系统,支持 8M 车载摄像头视频应用,也适合于面向 4K 高清车载显示应用。

HSMT 标准所规范的技术优势明显。基于此标准的国产化芯片采用国内集成电路生产的成熟工艺,确实可以达到自主、可控、保供和降本的目标,更好地支持智能化国产汽车行业的高速发展。

(文章来自互联网,如有违权请联系删除)

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