尤其值得关注的,是有线接口IP的涨幅最为明显,达到了16%,远高于处理器IP(CPU、DSP、GPU和ISP) 3.4%和数字IP(系统、安全和其他数字) 4%的涨幅,物理IP(SRAM存储编译器、闪存编译器、库和I/O、AMS、无线接口)甚至还出现了1.4%的跌幅。
受此影响,那些针对智能手机等消费应用的IP供应商的收入普遍出现了下降,而那些专注接口IP产品并针对HPC和AI的供应商却在增长。以100%专注于互连IP业务的Alphawave和这一业务占比高达71%的Synopsys为例,两家公司都在2023年实现增长(分别增长23%和17%)。
而在众多不同类型的接口IP中,被喻为“IP皇冠”的SerDes近两年得到了越来越多的关注,尤其是高速SerDes IP,其发展势头和热度都在不断攀升。那么,究竟是谁在幕后推动SerDes IP的迅猛发展?让我们来一探究竟。
凭什么它是“皇冠”?
SerDes是Serializer(串行器)/Deserializer(解串器)的合称。简单来说,就是一种能将并行数据转换成串行数据进行传输,然后再将串行数据解码成并行数据的技术,在数据中心、网络通信、存储设备、AI和自动驾驶等多个领域有着广泛应用。
它之所以能日益走红,首先得益于数据中心和云计算服务的爆发式增长,使得厂商对更高带宽、更低延迟、更高密度和更低功率的传输需求越来越大,传统的数据传输方式已经无法满足日益增长的带宽需求。其次,AI浪潮驱动数据处理量快速增长,算力需求的提升除了依靠GPU卡、SSD等核心硬件的性能提升,还需要更高的系统通信和网络通信能力作为支撑,这也进一步推动了SerDes IP技术的发展。
目前,高速SerDes IP市场主要由海外厂商主导,包括Cadence、Alphawave等第三方SerDes供应商,以及博通、Marvell、英特尔等自研厂商,其产品性能指标也从2010年的10Gbps提升至2019年的112Gbps。但这远不是终点,Marvell下一代单通道200Gb/s速率的1.6T PAM DSP产品预计将于今年年底开始部署,英特尔3nm SerDes芯片也测到了224Gb/s的超高速传输速率。
对高速SerDes设计来说,高速数据传输中的信号完整性、功耗与散热、兼容性与标准化、电磁干扰、封装与集成等问题,每一道都是巨大的门槛。因此与数字控制器IP只需要一名优秀的架构师,由年轻的工程师完成不同,支持先进且有竞争力的SerDes产品线需要庞大且才华横溢的工程团队,他们不但要对DSP、模拟芯片设计、指令集架构了如指掌,还要花时间进行反复的参数调试。同时,支持PHY IP还需要后续投资,并且能够支持多个代工厂和技术节点,这是获得高回报的关键条件。
汽车,再烧一把火
随着整车电子电气架构升级,车内通讯整体朝着高带宽、高可靠、低延时技术方向发展,SerDes技术在汽车上的应用比例也得到了大幅增加。这个行业目前总体的市场趋势可以用一句话概括:“市场集中度高,国产芯片进入量产阶段”,比如TI和ADI两家几乎垄断了全球车载显示和摄像头市场,预计到2025年,平均每辆车的以太网+SerDes芯片价值约为1250元。
图源:盖世汽车研究院
TI和ADI的SerDes芯片产品采用的是私有协议,均已量产上车。比如TI的FDP-Link私有协议诞生于1996年,目前已经迭代至第四代,支持8MP+的车载摄像头,正向视频传输速率最高10Gbps,反向速率最高168.75Mbps;ADI的GMSL私有协议来源于对美信的收购,目前已迭代至第三代,其正向传输速率覆盖最高至12Gbps,反向速率最高187.5Mbps。
德国Inova公司的SerDes芯片上采用的是名为APIX的私有协议,目前更新至第三代,最高可以实现12Gbps速率,可支持不同的线缆媒介,包括STP、QTP和同轴电缆等。日本罗姆的SerDes芯片使用了Clockless Link协议,不过传输速率较低,最高只有2.7Gbps。
国内企业方面支持的私有协议类型也比较繁多,比如慷智的AHDL、仁芯科技的R-LinC等。其中,慷智在今年5月宣布采用第三代AHDL的20Gbps车规级SerDes芯片成功点亮,最高可支持3200万像素视频传输@30fps及4K+显示屏,预计2024年底提供样片;仁芯科技R-LinC系列16G高速SerDes芯片已经在今年二季度量产,传输距离达15米,支持17MP超高分辨率的ADAS摄像头。
有私有协议,就会有公有协议,主要包括三种:ASA(Automotive SerDes Alliance)联盟的ASA-ML、MIPI联盟的A-PHY和中国汽标委发布的HSMT。以MIPI A-PHY为例,今年6月底,MIPI联盟宣布推出最新的v2.0版本,将单通道上的最大可用下行链路数据速率从16Gbps提升至32Gbps,上行链路速率也从1.0版本时的100Mbps提升到1.6Gbps,是之前版本的8倍。
可能很多人对10G/12G/16G/20G/32G这样的数字没有太直观的感受。举例来说,目前汽车上搭载的主流的800万像素摄像头,使用带宽约为4G左右。如果升级到32Gbps,那么传感器的像素等级或刷新率就可以得到更显著的提升。
知己知彼,百战不殆
成立于2017年Alphawave是SerDes IP领域比较有代表性的厂商,其112G Serdes IP产品广泛应用于数据中心、网络通讯、AI、自动驾驶、5G通信和存储等多个终端市场,2023年公司营业收入3.22亿美元,同比增长了73.52%。
Cadence的优势在于通过与台积电紧密合作,推出了多款高性能SerDes IP,包括支持3nm工艺的112G-ELR SerDes IP、以及支持N3E工艺的新一代224G-LR SerDes IP。此外,通过收购Rambus的SerDes和内存接口PHY IP业务,进一步丰富了自身的技术组合。
Synopsys提供的SerDes IP产品组合非常全面,包括了支持800G高性能计算芯片所需的真正长距连接的224G/112G以太网PHY IP,主要适用于超大规模数据中心应用;可满足400G以太网应用所需的覆盖和性能需求的56G以太网PHY IP;以及支持多种通信协议,如PCI Express、CCIX、CXL、以太网等的多协议SerDes PHY IP。
国内方面,芯潮流专注于高速SerDes IP研发、授权及芯片定制化服务,提供面向数据中心、通信网络等应用的高速高带宽网络互连芯片、数据处理芯片和存储加速芯片,以及相关的系统解决方案。
晟联科(etopus)主要提供涵盖远距离、低功耗、低延时的高速SerDes及D2D IP互联产品,包括PAM4 56G/112Gbps SerDes IP、车载高速4-24G SerDes、PCIe Gen6/5、16G D2D等等。公司在今年4月和7月连续获得了B+轮和B++轮融资,资金将主要用于高速SerDes IP及芯片产品的研发和量产,也由此可见资本市场对国产高速SerDes IP市场的信心。
芯耀辉可以提供1-10G/20G/25G/32G/56G/112G等多协议SerDes PHY完整的IP 解决方案,尤其是可以支持不同Foundry上的不同工艺节点,可以满足客户在中高低端的不同应用场景的需求。
合见工软自研的PCIe Gen5 Controller是其SerDes产品的重要组成部分,该方案还包括了与合作方共同开发的32G Serdes;牛芯半导体已经完成28Gbps以下SerDes产品验证,并在此基础上快速开展32Gbps PCIe 5.0的研发工作。同时,公司还计划启动56G/112G SerDes的研发;芯动科技的多标准高速SerDes系列支持28/32Gbps、56/64Gbps以内的各种串口协议,覆盖从55nm到5nm工艺节点,并正向112Gbps目标迈进。
总体而言,国内由于供应链体系和人才团队建设上的落后,再叠加美国对高端ADC等芯片的出口进行了严格管制,使得国内尽管国产化替代意愿强烈,但高速SerDes IP目前还处在探索阶段,离走出一条完全独立自主的产业化道路还存在差距,需要“踔厉奋发,笃行不怠”。