未來汽車將對高速數據傳輸提出需求，光通信或成解決方案，但相關技術落地仍面臨諸多挑戰

核心要點：

1. 車載以太網（尤其是 10BASE-T1S 標準）正逐步取代車載網絡中的 CAN 總線，為適配未來自動駕駛與網聯汽車的需求，其傳輸速率有望進一步提升。

2. 汽車領域向以太網的轉型并非全域推進：部分車企因成本考量，或在特定場景保留 CAN/LIN 總線；不同以太網標準的集成雖具備技術可行性，但實現過程較為復雜。

3. 車載以太網的普及仍面臨電磁干擾、測試驗證、設備互操作性等多重挑戰。

現代汽車產生的海量數據，早已超出傳統 CAN 總線的承載能力，而車載以太網憑借技術優勢，成為處理器與存儲器之間數據傳輸的合理選擇，市場滲透率持續提升。

車載以太網擁有諸多優勢：相較銅線，傳輸速度更快、布線更輕量化；能在各類環境條件下穩定運行，且技術標準已趨于成熟；同時支持多檔傳輸速率，其中運行在 10 兆比特 / 秒的 10BASE-T1S，是最有望取代 CAN 總線的版本。

新思科技以太網 IP 產品組合首席產品經理喬恩?埃姆斯表示：“目前車載以太網的應用主要集中在低速領域，10BASE-T1S 正是對標 CAN 總線的應用場景。盡管部分車載以太網技術已能實現數吉比特 / 秒的高速傳輸，但當下落地最廣泛的仍是這類低速方案，且主要用于汽車邊緣節點。區域控制器實質上是通過多跳線纜實現數據傳輸，依托單對雙絞線即可連接多個終端節點 —— 這些節點既可以是簡單的開關設備，也可以是各類可啟停的車載部件，這類場景的傳輸數據量并不大。車載以太網的核心價值在于簡化整車布線系統，借助多分支總線的設計，通過交換機接入車載主網絡，從而為中央控制器與邊緣、區域節點之間的通信提供支撐，而 10BASE-T1S 正是實現這一多跳傳輸的關鍵技術。”

部分車企會在特定區域采用 10BASE-T1 標準，同時為控制成本，在其他區域保留 CAN 或 LIN 總線。是德科技 EDA 事業部汽車與能源集團軟件定義汽車（SDV）解決方案經理張承澤（Seung-Taek Chang）指出：“將 10BASE-T1S 等不同類型的以太網與現有成熟標準進行集成，雖在技術上可行，但實際操作難度較大。”

不過，當前車載以太網的發展仍面臨諸多挑戰，是德科技指出的核心問題包括：

1. 電磁兼容 / 電磁干擾合規性：在電磁環境復雜的汽車內部，確保高速鏈路的信號完整性。

2. 模式轉換與串擾：解決連接器、印制電路板（PCB）和線纜中出現的差模 - 共模轉換問題。

3. 多吉比特速率合規測試：需借助高端示波器和矢量網絡分析儀（VNA），對抖動、上升 / 下降時間、眼圖等指標進行精準測量。

4. 互操作性：確保以太網、CAN、LIN、串行解串器（SerDes）等異構網絡實現無縫協同運行。

5. 網絡安全：通過身份認證、數據加密、入侵檢測等手段，保護基于以太網的車載網絡（IVN）免受網絡攻擊。

開放聯盟制定的《車載以太網規范》明確了不同傳輸速率的技術要求與指標。五年前，10 兆比特 / 秒還被視作高速傳輸，而行業對速率的要求始終在不斷提升。

軟件定義汽車與 10 吉比特 / 秒車載以太網

并非所有汽車領域和應用場景都需要高傳輸速率，但配備全套娛樂系統的未來車型，短期內或將實現吉比特 / 秒級的傳輸，而搭載 6G 技術的全自動駕駛軟件定義汽車，對速率的需求甚至會攀升至太比特 / 秒。

如果沒有車載以太網的支撐，軟件定義汽車的諸多愿景將難以實現，其中包括高級駕駛輔助系統（ADAS）的落地和整車遠程在線升級（OTA）的普及。

英飛凌科技汽車電子事業部以太網解決方案高級副總裁兼總經理邁克?葉格表示：“車企青睞軟件定義汽車，是因為其依托單一平臺，即可適配旗下所有車型。更重要的是，從技術層面來看，該架構能大幅減少整車線纜用量、降低車身重量，讓通過單一平臺為整車提供服務的軟件定義汽車具備經濟可行性。汽車架構已發生根本性變革，其核心支柱主要有三個：安全可靠的計算系統、高速車載網絡（車載以太網）以及智能配電系統。”

邁克?葉格還指出，目前軟件定義汽車的市場占比約為 5%，預計到 2030 年這一比例將提升至 50%。“10 吉比特 / 秒車載以太網的出現具有變革性意義。此前，汽車內部的傳輸介質種類繁雜，而 10 吉比特 / 秒車載以太網可通過 15 米長的雙向線纜實現高速數據傳輸，其帶寬能力為車載網絡的全域拓展奠定了基礎。”

25 吉比特 / 秒及更高速率的發展前景

目前，25 吉比特 / 秒的車載以太網尚未像 10 兆比特 / 秒的 10BASE-T1S 那樣普及，但這一現狀有望在不久的將來改變。喬恩?埃姆斯表示：“已有相關的設計布局，但現階段落地案例較少，核心原因是車企仍在考量：汽車真的需要如此高的傳輸速率嗎？盡管行業一直傳聞高速車載以太網即將落地，但至今仍未大規模普及。”

車載視頻應用的不斷升級，是車企推動以太網速率提升的重要原因。喬恩?埃姆斯稱：“從帶寬需求來看，單路攝像頭的未壓縮視頻傳輸，就需要數吉比特 / 秒的速率；而當整車配備多臺攝像頭時，總帶寬需求將達到數十甚至數百吉比特 / 秒，車載以太網的速率升級已成必然。”

IEEE 802.3cy 標準為汽車應用制定了 25 吉比特 / 秒的物理層（PHY）規范，而攝像頭、傳感器、視頻和顯示鏈路的信號融合，還將對速率提出更高要求。楷登電子設計 IP 產品營銷集團總監陳偉（William Chen）表示：“車載以太網正借鑒企業級以太網的技術特性，比如媒體訪問控制安全協議（MACsec）和時間敏感網絡（TSN），并逐步向 25 至 100 吉比特 / 秒的物理層演進，同時結合 PCIe 技術構建車載骨干網絡。”

高速車載以太網也是實現 L4/L5 級全自動駕駛的關鍵。瀾起科技硅 IP 業務開發總監阿迪爾?巴魯什表示：“未來的技術標準，或將重點解決以太網與診斷、車路協同（V2X）、遠程在線升級等新興協議的集成問題。時間敏感網絡、媒體訪問控制安全協議與高速物理層的融合，將為下一代汽車打造一套穩健的技術框架。隨著以太網成為車載網絡的通用通信標準，標準化建設將進一步推動技術創新和規模拓展。”

部分行業人士認為，高速車載以太網的落地速度將超出預期。西門子 EDA 汽車與軍工航空事業部混合物理與虛擬系統副總裁戴維?弗里茨表示：“據估算，目前汽車內部約 90% 的以太網通信，都發生在網關與中央計算單元之間，這是區域架構的典型應用形式。在該架構下，汽車各區域與核心節點之間通過高速以太網連接，而中央計算單元的性能也正不斷向高性能計算（HPC）靠攏。在執行器和傳感器的技術性能跟上之后，適用于高性能計算的太比特級傳輸技術，將在不久的將來應用于汽車和航空領域。以索尼的車載攝像頭業務為例，該企業早已開始布局供應鏈，其考量的并非明年的車型，而是未來五代車型的需求。無論索尼做出何種技術選擇，在未來 5 至 7 年內，其產品仍需兼容 CAN 總線接口及其他多種傳統接口。這是一道商業難題，也是影響車載以太網普及速度的核心因素，而非技術本身。”

光載以太網

光載以太網是傳統車載通信協議的另一大替代方案，相較銅線，其在汽車應用中具備諸多優勢。

張承澤指出：“光載以太網的優勢包括更高的帶寬、更輕的重量、抗電磁干擾、熱效率更高以及傳輸距離更遠。光鏈路可支持 25 吉比特 / 秒及以上的傳輸速率，是高級駕駛輔助系統、信息娛樂系統和傳感器融合的理想選擇。光纖也比傳統銅線更輕，有助于提升電動汽車的續航里程和整車燃油效率。此外，光纖不受電磁干擾影響，能在電磁環境復雜的汽車內部實現穩定傳輸；其熱效率也更高，光物理層芯片的功耗更低、發熱量更小，能降低電子控制單元（ECU）的熱設計難度；同時，光鏈路無需均衡或放大，即可在更遠的距離保持信號完整性。”

光載以太網或將在采用區域架構和中央計算架構的新車型中得到廣泛應用。張承澤表示：“老舊車型基本不會進行光載以太網的改裝，原因包括傳統電子控制單元和線束無法兼容新系統、集成新的光物理層芯片和連接器的成本高且難度大，同時車企的研發資源正集中于為下一代電動汽車和自動駕駛平臺打造面向未來的技術方案。”

他還指出，未來具備大規模傳感器融合和車路協同數據交互能力的自動駕駛汽車，最終可能需要超 100 吉比特 / 秒的鏈路速率，而光通信將成為實現這一速率的核心形式。

串行解串器與非對稱以太網

盡管 CAN 和 LIN 總線最終可能被車載以太網取代，但串行解串器仍不可或缺 —— 其核心作用是將并行數據轉換為串行數據進行傳輸，再將串行數據還原為并行數據。

以太網和串行解串器都是現代互連技術的基礎，但二者的拓撲結構和設計取舍存在顯著差異。陳偉表示：“點對點串行解串器技術在本地化的高帶寬互連場景中表現優異，而 ASA Motion Link 2.0 等新一代汽車標準融入了非對稱以太網通信技術，未來或將模糊二者的界限，提升設備之間的互操作性。”

車載以太網專為車載骨干網絡設計，針對汽車的惡劣環境（電磁干擾 / 電磁兼容、噪聲、溫度變化）、重量和成本敏感性、中距離線纜（通常小于 15 至 20 米）進行了優化，同時能為高級駕駛輔助系統、傳感器、電子控制單元等應用，提供確定性的車載網絡通信能力。

車載串行解串器則是對車載以太網的補充，主要實現點對點的高速鏈路傳輸。MIPI A-PHY、ASA Motion Link、Open GMSL 等標準均針對高級駕駛輔助系統和區域架構進行了優化，其非對稱鏈路設計，非常適用于攝像頭、傳感器、顯示設備等應用場景 —— 這類場景中，主機 CPU / 電子控制單元與終端設備之間，需要單向的大帶寬傳輸。

同時，非對稱以太網的出現，并未消除對 GMSL 或 FPD-Link 等串行解串器的需求。陳偉表示：“串行解串器憑借低延遲、高可靠性的優勢，仍是攝像頭和顯示鏈路的最優選擇。ASA-MLE 等非對稱以太網技術的興起，正推動串行解串器的功能標準化，能提供基于以太網的替代方案，比如實現 10 吉比特 / 秒的下行速率和 100 兆比特 / 秒的上行速率。盡管技術轉型正在進行，但現階段串行解串器仍占據重要地位。”

非對稱以太網的一大優勢是能降低功耗。英飛凌科技高級應用工程師本杰明?陳表示：“如果要讓上下行保持相同的傳輸速率，通常需要消耗大量功耗；而非對稱以太網采用 10 吉比特 / 秒的下行速率，可滿足車載攝像頭向 CPU 傳輸視頻數據的需求，上行速率僅需 100 兆比特 / 秒即可。”

研發人員向這一方向發力，核心是為了降低成本、減小芯片裸片尺寸并降低功耗。本杰明?陳稱：“我們通過同軸電纜為車載攝像頭實現了低功耗供電，同軸供電也可被視作以太網供電的一種形式，具體取決于解讀角度。該方案可通過行業標準的 15 米同軸電纜實現，能支撐所有上下行數據的處理工作。”

對于 10BASE-T1S 標準而言，其中的 “1” 代表單對差分雙絞線。本杰明?陳解釋道：“汽車領域始終追求減少銅線的使用，因此采用單對差分雙絞線，而其他行業會根據數據傳輸需求，選用 T4 或 TX 等多線對標準。目前，車載以太網的速率仍止步于 10 吉比特 / 秒，這一速率主要用于攝像頭的視頻流傳輸 —— 單臺 4K 60 幀的車載攝像頭，其傳輸速率需求已達到 10 吉比特 / 秒，而這類場景通常僅需一根線纜即可滿足。”

與數據中心網絡的異同

隨著車載網絡速率的提升，汽車的網絡架構正逐漸向數據中心靠攏。

陳偉表示：“數據中心和汽車領域的技術正不斷相互融合，尤其是在單對以太網（SPE）和串行解串器的設計技術方面。基于芯粒的片上系統（SoC）與 3 納米及以下先進制程的融合，正加速汽車與數據中心技術的集成，而人工智能驅動的架構普及，更是推動了這一趨勢。”

車載芯粒的發展，也意味著 UCIe（通用芯粒互連）技術將更多地應用于汽車。喬恩?埃姆斯表示：“從當前的汽車架構來看，其實并不需要大尺寸裸片，而芯粒技術的出現，也能規避大尺寸裸片的高成本問題。但隨著自動駕駛對汽車計算能力的要求不斷提升，芯粒技術將逐步落地，UCIe 也會成為核心互連技術 —— 因為當汽車需要高算力、大尺寸硅片和裸片時，芯粒技術的優勢將得以凸顯。”

陳偉指出，未來邊緣計算、工業技術、運營技術與芯粒等可組合架構的融合，將為車載以太網或串行解串器創造新的應用機會，尤其是在對低成本、輕量化布線有需求的場景。“在核心超大規模數據中心，串行解串器仍將朝著超高速、低抖動、高功耗效率的方向優化。汽車領域對數據中心技術的最大影響，可能并非車載物理層的直接移植，而是串行解串器在均衡、抗誤碼等方面的技術創新，反哺通用高速串行解串器的設計。”

與汽車領域相比，數據中心的串行解串器已能實現更高的以太網速率，包括 100G、200G、400G，并正朝著 IEEE 802.3ck 等標準規定的 800G 和 1.6T 演進。二者對可靠性的要求也存在差異，陳偉表示：“數據中心要求極致的低誤碼率、高可用性，并配備冗余系統；而汽車零部件需要在惡劣環境中穩定運行，其故障模式和認證標準（如 ASIL、ISO）與數據中心截然不同。”

太比特級車載以太網的落地障礙

太比特 / 秒的傳輸速率已在數據中心領域實現，但車載領域的落地不僅受當前汽車無相關需求的限制，還面臨諸多技術障礙。

張承澤表示：“目前，汽車應用對車載以太網的速率需求正朝著 25 至 50 吉比特 / 秒邁進，太比特級鏈路遠超當前車載網絡的實際需求，同時還面臨功耗、成本、熱管理等方面的限制。”

阿迪爾?巴魯什也認同，車載以太網實現太比特級傳輸，并非單純的帶寬問題，他表示：“這意味著整車軟硬件架構的全面轉型，要實現這一跨越，需要重新設計物理層、提升電磁抗干擾能力、優化熱管理方案 —— 尤其是在區域架構中，雷達、激光雷達、攝像頭的海量數據需要匯聚傳輸，這對技術提出了更高要求。此外，如何在容錯、低延遲的骨干網絡中，實現數百個電子控制單元的同步通信，也突破了確定性網絡的現有技術極限。”

不過，太比特級車載以太網的落地能帶來巨大價值：它將實現大規模的實時傳感器融合，讓汽車能以更快的速度、更高的精度完成環境感知、決策和執行，同時成為軟件定義汽車的核心骨干網絡，讓汽車在出廠后仍能持續升級迭代，而非保持靜態。

更高算力需求，催生更大帶寬

動態演進的軟件定義汽車需要更強的計算能力，而這也對以太網的速率提出了更高要求。戴維?弗里茨表示：“數據中心的先進技術，終將逐步應用于汽車領域。未來幾年，汽車的中央計算單元將迎來升級，搭載 64 核或 128 核的 CPU、多顆 GPU 和神經網絡處理器（NPU）。”

這意味著高級駕駛輔助系統和車載娛樂系統，將大幅提升對 GPU 算力的需求。想象力科技產品管理高級總監羅布?費舍爾表示：“車企對 GPU 的算力和吞吐量的需求正大幅提升，這一趨勢由計算架構集中化、汽車自動駕駛等級提升、車載顯示屏數量增加等因素驅動，而車載以太網則為這一趨勢的落地提供了技術支撐。”

無線技術的快速發展

Wi-Fi 7、Wi-Fi 8 及后續的無線技術，也將在汽車領域發揮更重要的作用，其應用場景不僅包括車載娛樂，未來甚至可能拓展至安全關鍵領域。

新思科技低功耗邊緣人工智能高級產品經理阿南達?羅伊表示：“我們的目標客戶是北美、歐洲和日本的頭部車企，核心訴求是幫助其減少整車線纜用量。據悉，一輛汽車內部約有 60 至 70 個不同的微處理器和控制器，以及數百條有線 CAN 總線，這不僅大幅提升了整車的制造成本，還存在安全隱患 —— 車輛發生碰撞時，這些線纜極易起火，威脅乘客安全。因此，減少線纜用量，對用戶和車企而言都具有重要價值，而我們正通過 Wi-Fi 7 技術實現這一目標。”

Wi-Fi 技術最先替代 CAN 總線的場景，將集中在車載娛樂領域。阿南達?羅伊稱：“如今的車載信息娛樂系統應用場景豐富，比如孩子在后排觀看電視、商務人士在乘車時訪問網絡內容等，此前這類后排娛樂系統的數據，均通過 CAN 總線從車載主機獲取；而現在，所有娛樂相關的數據傳輸都可通過 Wi-Fi 實現。我們還在推動 Wi-Fi 7 向安全關鍵領域拓展，其延遲可低于 10 毫秒，能確保數據傳輸的實時性，滿足安全關鍵場景的需求。”

總結

無論未來汽車對網絡速率提出何種要求，車載以太網相較 CAN 總線都具備顯著優勢，有望在諸多應用場景中實現替代。

戴維?弗里茨表示：“即便車載以太網的布線增加了少量帶屏蔽的線纜，其重量也幾乎可以忽略不計，且能實現高速數據傳輸；更重要的是，車載以太網大幅簡化了汽車復雜系統設計中的布線環節。”

業內人士均認同這一觀點，邁克?葉格表示：“車載以太網目前正主導車載網絡市場，它是區域架構的核心骨干，也是現階段軟件定義汽車得以實現的關鍵。”

最后，人工智能是推動車載以太網發展的核心驅動力。陳偉表示：“人工智能的應用已實現全域覆蓋，從云計算、邊緣計算，到人工智能物聯網（AIoT）和汽車領域均有落地。汽車系統設計正越來越多地融入 PCIe、UCIe、以太網等高速互連協議，這與數據中心領域的技術趨勢高度一致。”