PCIe与Ethernet 在新能源车中的应用趋势

PCIe与Ethernet 在新能源车中的应用趋势

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/SiArch/article/details/146068195

在新能源汽车的浪潮中，车辆不再仅仅是交通工具，更是移动的数据中心。随着自动驾驶技术从辅助驾驶（ADAS）迈向完全自动驾驶（Level 3-5），车内数据传输的需求呈爆发式增长。而PCIe和Ethernet，作为现代汽车数据传输的核心技术，正推动着车内互联的变革。

自动驾驶汽车对数据传输速度的要求极高，主要体现在以下几个方面：

• 传感器数据的实时性：自动驾驶系统依赖于雷达、摄像头和激光雷达等传感器的实时数据。这些传感器每秒产生大量数据（如毫米波雷达的带宽需求可达3-10Gbps），需要快速传输到中央计算单元进行处理。

• 低延迟：自动驾驶车辆需要在极短时间内做出决策，因此数据传输的延迟必须极低。例如，PCIe和SerDes技术被用于低延迟的数据传输，以确保系统的实时性。

• 高带宽：随着自动驾驶技术从L2向L4/L5发展，车辆需要处理的数据量呈指数级增长。例如，中央计算单元需要支持200Gbps以上的数据传输能力

而汽车里的传统CAN总线的传输速率通常为几百kbps，最高可达1Mbps；扩展的CAN-FD可支持最高15Mbps。

车内互联的趋势：从“孤岛”到“数据中心”

传统汽车中，电子控制单元（ECU）相对独立，数据传输需求较低。然而，随着自动驾驶技术的发展，车辆需要处理来自摄像头、雷达、激光雷达等传感器的海量数据。这些数据必须实时传输和处理，以实现对周围环境的精准感知和快速决策。例如，Waymo的Robo-Taxi每秒产生超过1Gigabit的数据，这些数据需要在极短时间内完成传输和融合处理。

为了满足这一需求，现代汽车的架构正在向“数据中心”模式转变。车辆内部的传感器数据经过预处理后，被传输到高性能计算（HPC）集群进行融合处理。这种架构类似于数据中心的服务器与外围设备之间的高速数据传输，而PCIe和Ethernet则成为了这一架构的关键支撑。

Ethernet：汽车网络的“骨干”

Ethernet在汽车中的应用已经相当成熟，其IEEE 802.3bp标准为汽车提供了高速通信的基础。Ethernet的1000BASE-T1版本能够提供高达1Gbps的带宽，而10GBASE-T1版本则可以支持每秒多Gigabit的数据传输。这种高速传输能力使其成为连接车辆内部多个子系统（如传感器节点和边缘处理器）的理想选择。

此外，Ethernet的Time-Sensitive Networking（TSN）技术能够确保数据的确定性传输，提供低延迟和高同步性的保障。这对于自动驾驶车辆中实时数据传输至关重要，因为任何延迟都可能导致决策失误，甚至危及行车安全。

然而，Ethernet并非万能。尽管其带宽和传输距离表现优异，但在面对更高性能计算需求时，仍需其他技术的支持。

PCIe：高性能计算的“高速公路”

与Ethernet相比，PCIe在带宽和低延迟方面表现更为出色。自2003年首次推出以来，PCIe标准已经发展到第六代。最新的PCIe 6.0标准能够提供每通道8GB/s的带宽，16通道总带宽可达128GB/s。这种高带宽能力使其成为连接高性能计算集群（HPC）和传感器融合处理单元的理想选择。

PCIe的直接内存访问（DMA）功能和对高速存储接口的支持，使其在处理大量数据传输时表现出色。例如，在车辆的中央计算集群中，PCIe能够快速将传感器数据传输到CPU或GPU进行处理，确保自动驾驶系统的实时性和准确性。

尽管PCIe的成本相对较高，但其在高性能计算场景中的优势无可替代。特别是在车辆的中央计算单元和传感器融合处理单元之间，PCIe能够提供低延迟、高带宽的连接，满足自动驾驶对实时数据处理的需求。

PCIe和Ethernet在新能源汽车中的带宽对比

车载以太网（Ethernet）相关公司和产品

车载以太网技术在新能源汽车中应用广泛，主要参与者包括以下公司及其产品：

1. 恩智浦（NXP Semiconductors）

• 产品：提供多种车载以太网芯片，支持100Mbps到10Gbps的传输速率。
• 市场地位：在车载以太网领域占据重要地位，产品广泛应用于传感器数据传输和信息娱乐系统。

2. 博通（Broadcom）

• 产品：提供高性能的车载以太网解决方案，支持高带宽和低延迟。
• 市场地位：在高端车载以太网市场具有较强竞争力。

3. 德州仪器（Texas Instruments）

• 产品：提供多种车载以太网芯片，支持从低速到高速的多种应用场景。
• 市场地位：在中低端市场具有广泛的应用。

4. 瑞昱（Realtek）

• 产品：提供高性价比的车载以太网芯片，适用于信息娱乐系统。
• 市场地位：在成本敏感型市场具有优势。

5. 裕太微电子

• 产品：国产车载以太网芯片，支持多种速率。
• 市场地位：在国内市场逐渐崭露头角。

6. 景略半导体

• 产品：专注于车载以太网芯片，支持多种速率。
• 市场地位：在国内市场具有一定的竞争力。

汽车级PCIe相关公司和产品

汽车级PCIe技术主要用于高性能计算和传感器数据传输，主要参与者包括以下公司及其产品：

1. 博通（Broadcom）

• 产品：提供高性能的汽车级PCIe交换芯片，支持PCIe 4.0和PCIe 5.0。
• 市场地位：在汽车级PCIe市场占据主导地位。

2. 美满电子（Marvell Technology）

• 产品：提供多种汽车级PCIe芯片，支持高性能计算。
• 市场地位：在高端市场具有较强竞争力。

3. Microchip Technology

• 产品：提供多种汽车级PCIe交换芯片，支持多种速率。
• 市场地位：在中低端市场具有广泛的应用。

4. 瑞萨（Renesas）

• 产品：提供汽车级PCIe芯片，支持多种速率。
• 市场地位：在汽车级PCIe市场具有一定的竞争力。

5. 恩智浦（NXP Semiconductors）

• 产品：提供多种汽车级PCIe芯片，支持多种速率。
• 市场地位：在汽车级PCIe市场具有一定的份额。

竞争情况分析

1. 车载以太网（Ethernet）

• 竞争格局：市场参与者众多，竞争激烈。恩智浦、博通和德州仪器等国际巨头占据主导地位，但瑞昱、裕太微电子等新兴企业也在逐渐崛起。
• 发展趋势：随着新能源汽车对数据传输需求的增加，车载以太网市场规模将持续扩大。

2. 汽车级PCIe

• 竞争格局：博通在高端市场占据主导地位，英特尔、美满电子等也在积极布局。Microchip Technology等企业在中低端市场具有一定的竞争力。
• 发展趋势：随着自动驾驶技术的发展，汽车级PCIe市场将迎来快速增长。

2025年市场分析

车载以太网市场

预计到2025年，全球车载以太网市场规模将持续增长，主要得益于新能源汽车对高带宽数据传输的需求。中国市场将成为全球增长的重要驱动力。

汽车级PCIe市场

• 预计到2025年，汽车级PCIe市场将快速增长，特别是在自动驾驶和高性能计算领域。
• 中国市场对汽车级PCIe芯片的需求将显著增加。

总结

车载以太网和汽车级PCIe技术在新能源汽车中的应用前景广阔。国际巨头如博通、恩智浦和德州仪器在车载以太网和PCIe市场中占据重要地位，但新兴企业也在不断崛起。随着新能源汽车对数据传输需求的增加，这两个市场将持续增长，特别是在中国市场。

在新能源汽车中，Ethernet和PCIe各司其职，共同构建了车内互联的高效数据传输生态系统。Ethernet凭借其高带宽和长距离传输能力，成为车内网络的骨干；而PCIe则专注于高性能计算和传感器数据的快速传输。两者结合，为自动驾驶汽车的实时数据处理和低延迟需求提供了有力支持。同时，CAN作为传统技术，仍将在车辆控制器通信中发挥重要作用