芯片標準國產化按下快進鍵

芯片短缺拖累汽車生產的現實，讓人們對車規芯片的國產化越發重視。與此同時，一個更加深層次的問題暴露出來，那就是芯片標準的國產化。

車規級芯片直接關系到用戶的生命安全，行業壁壘較高，如果沒有成熟的檢測和認證標準，肯定難以健康發展。標準體系是銜接、統一產業鏈上下游的技術語言。只有建立了標準體系，產業上游才知道按照什么標準進行設計，下游才知道按照什么標準選用芯片。

以車載高速媒體傳輸為例，車載攝像頭和車載大屏是汽車實現智能化功能的必要途徑，這些應用都需要車載高速媒體傳輸芯片做支撐，加速車載高速媒體傳輸芯片國產化勢在必行。但國內外尚無行業技術標準，這樣的背景下，《車載有線高速媒體傳輸系統技術要求及試驗方法》（HSMT）應運而生。

什么是HSMT

一直以來，車載高速媒體傳輸成熟技術為國外公司所掌握，不公開、不互聯互通，給行業和客戶帶來不便。如TI/Maxim/Rohm/Thine/APIX 等車載傳輸芯片都采用了企業私標，其中美國公司TI 和 Maxim 對車載傳輸芯片的壟斷，既抬高了產業成本，又讓芯片保供存在風險，更談不上自主可控。

車載攝像頭和車載大屏是汽車實現智能化功能的必要途徑，這些應用都需要車載高速媒體傳輸芯片做支撐。

然而，車載高速媒體傳輸芯片是自動駕駛和智能座艙等解決方案的必然剛需，海量的單車芯片數量決定其市場規模的不斷擴大。其中單車攝像頭超過10個，大屏至少2個，并且都是發送（Tx）和接收（Rx）兩顆傳輸芯片成對出現，因此單車所需芯片總數量超過20顆。這類芯片對于視頻傳輸的要求很高，比如4k高清視頻對傳輸速率的需求達到 6～12Gbps，傳輸距離最長15 m，傳輸誤碼率BER小于 10-12。這些性能指標對車載高速媒體傳輸芯片提出了很高的技術要求。雖然近年來在國外陸續出現了APHY 和 ASA 等車載傳輸芯片的標準，然而這些行業標準都有明顯的技術缺陷，無法有效地滿足車機內復雜電磁強干擾環境下的傳輸性能。

雖然我國在高速傳輸芯片領域具有可與國外先進水平比擬的技術，在國產化芯片產品方面也具有創新性的應用，卻長時間沒有形成自主的車載高速傳輸芯片行業標準。為此，汽標委網聯工作組于2020年2月啟動了《車載有線高速媒體傳輸系統技術要求及試驗方法》的起草工作。中國信息通信研究院和中國第一汽車集團有限公司作為牽頭單位，積極聯合進行本標準起草。踴躍參與這項工作的還有中國汽車行業的主機廠、供應商和芯片廠商等 23家企業。

2021年9月，工信部正式立項并下發標準任務，目前已經形成標準草案，名稱為《車載有線高速媒體傳輸系統技術要求及試驗方法》，英文為 Technical Requirements and Test Methods of Automotive Wired High-Speed Media Transmission System，簡稱HSMT。該標準于近期將面向社會公開征求意見。

世界三大技術標準 中國標準HSMT APHY ASA芯片廠 國內芯片廠商 Valens等 某些傳輸方式 全雙工 全雙工 半雙工正向速率（Gbps） 反向速率 100Mbps 100/200Mbps 2000/4000Mbps誤碼率（BER）要求 1e-12 1e-12 1e-12抗干擾性 強 差 中前向糾錯（RS-FEC） 糾錯能力強 沒有 糾錯能力弱重傳（Retransmission） 支持 支持 不支持媒體封裝層 全面定義 少量 少量NRZ:2.0/3.2/4.0/6.4/8.0 PAM4:6.4/8.0/12.8 NRZ:2.0/4.0；PAM4.8.0；PAM8:12.0；PAM16:16.0 NRZ:2.0/4.0/8.0 PAM4:12.0/16.0

HSMT的先進性

中國的車載高速媒體傳輸標準HSMT在技術規范要求上，優于已有國外公司的企業私標，與其他類似的國外競品標準（APHY/ASA）對比優勢也非常明顯。APHY標準由 MIPI主導，主要推動者是以色列 Valens 公司，已提供 8Gbps 樣片。ASA標準由歐洲車廠主導，目前還沒有已知的芯片支持。中國HSMT標準與其他兩個國外標準的技術對比如下表所示。

車載高速媒體傳輸在正向傳輸（通常為高清視頻）需要高帶寬，反向傳輸（通常為協議包）無需高帶寬。針對這個特性，以上三個傳輸標準都是非對稱傳輸協議。在正向傳輸編碼方式上，三者都不約而同地選擇了低速用NRZ、高速用PAM 的數據編碼方式。在較高速率時，HSMT和ASA 都采用了PAM4 的編碼，在有效降低傳輸帶寬的同時，不會過度增加芯片的復雜性。縱觀其他有線高速傳輸標準，PAM4 編碼已經成為現代高速有線傳輸的趨勢，被業界證明是平衡芯片性能和功耗的最優方案。然而 APHY 標準反其道而行，在超過 8Gbps 時采用了過多的 PAM 調制。因此對 Tx 芯片的線性度和 Rx 芯片的高速高精度采樣以及數字信號處理都提出了非常高的性能要求，必然造成過高的芯片功耗，也使得基于 APHY 標準的芯片在超過 8Gbps 速率時必須使用更加先進的半導體工藝。

此外，國外標準APHY 和 ASA 都有明顯的技術缺陷，無法有效地滿足車機內復雜電磁強干擾環境下的傳輸性能。具體來看，APHY 標準不支持前向糾錯，在強干擾發生數據錯誤時必然激發物理層的重傳，即使有少量數據錯誤也不例外。因此在實際應用中很容易發生反復多次的物理層重傳，可能會嚴重影響車載高清視頻傳輸的實時性。ASA 標準雖然支持前向糾錯編碼，但是糾錯能力不如HSMT標準。更主要的問題在于，ASA是半雙工傳輸協議，正向視頻和反向協議包是分時傳輸的，無法支持實時的物理層重傳協議。因此在強干擾并發生大量數據錯誤且無法被前向糾錯糾正時，必然造成視頻傳輸的中斷。

相比之下，中國HSMT標準支持強大的前向糾錯編碼和物理層重傳協議，優于以上兩個國外標準。為了保證車載復雜環境中的傳輸穩定性和可靠性，HSMT 在抗脈沖干擾、大電流注入、ESD 物理層方面都有針對性設計。因此HSMT在標準協議上極大地提升了芯片的抗干擾性能，更適應車載的復雜環境。

HSMT 標準還全面定義了媒體封裝層，適配多種業務和多種傳感器。 其分層設計支持“一標多能”和“一芯多用”，各層相對解耦，可以最大程度地重用已有設計和 IP。

綜上所述，HSMT 標準擁有領先的性能品質，能夠更好地滿足車載工況要求。依托國內日益強大的汽車工業特別是電動車產業發展，該標準在滿足國內產業發展需求的同時，未來一定會走向世界，成為車載高速媒體傳輸事實上的國際標準。

標準國產助推芯片國產

借助國內業已具備的技術能力、產業準備度和市場容量，適時地推出高速媒體傳輸芯片行業標準，可以牽引國內產業形成合力。具有自主知識產權的國產化芯片也將陸續推出，必然會得到廣泛應用。

據悉，目前已有多家國產半導體公司參加HSMT 標準組，都在加緊開發支持此標準的國產芯片。其中最快的一家已完成工程樣片的芯片測試，最高傳輸速率達 到 12.8Gbps，芯 片 支 持 23dB（@3.2GHz）的信道插損衰減和最長15m的傳輸距離。測試結果全部通過了現階段 HSMT 標準規定的必測項，包括系統連通性測試和誤 碼率測試、線束診斷測試、信號電氣指標測試等。基于HSMT標準的芯片及其傳輸解決方案，具有高性能和高可靠性，可以成功應用于面向ADAS和環視系統，支持8M車載攝像頭視頻應用，也適合于面向4K 高清車載顯示應用。

基于此標準的國產化芯片采用國內集成電路生產的成熟工藝，確實可以達到自主、可控、保供和降本的目標，更好地支持智能化國產汽車行業的高速發展。