郭荣哲：车载高速互联的技术演进趋势
9月24-26日，“2024中国汽车供应链大会暨第三届中国智能网联新能源汽车生态大会”在武汉市举办。在9月25日下午举办的“主题论坛一：发展新型供应链——赋能新能源汽车新优势”上，深圳市西点精工技术有限公司CTO郭荣哲发表演讲。
以下内容为现场发言实录：
尊敬的各位领导、各位嘉宾、各位参会者，大家下午好。
我是来自深圳市西点精工技术有限公司，我们主要研发生产一些高速连接器及线束，用在汽车，通讯和计算领域，非常感谢大会组办方给予我们这个机会，在这个重要的时刻，与大家分享对于汽车高速互连的一些理解和思考。
首先，我们讲一下为什么需要车载高速传输，主要是两方面。
一方面是智能驾驶，现在的车越来越多的高清摄像头，各种雷达及各种传感器，5G天线，GPS天线等等，这些传感器和计算机之间的互联绝大多都是用的高速数据连接，并且对速率的要求越来越高。
另一方面，座舱智能化持续升级迭代，甚至出现了高清投影，显示系统的分辨率也是由原来的480线提升到4K8K，这些个舒适性和体验的提升也是带来数据传输的容量的提升，同时对数据传输的信号完整性也是提出了更高的要求。
这个页面大概介绍了常用的车载高速连接器和它们的应用情况。
首先是USB、HDMI、HSD等出现得比较早的互联解决方案，主要应用在娱乐系统，电子大屏及HUD等场景，市场趋势应该是维持甚至会不同程度被其他解决方案替代掉，
其次是Fakra和minifakra．、射频类连接器及线束，大量应用在智能驾驶、环视系统及GPS天线等场景，Minifakra．出现得比Fakra晚，minifakra．的尺寸比较小，速率比较高，因此现在Minifakra大量取代了fakre。
然后是车载以太网解决方案，这个是近年来比较火的解决方案，数字信号的传输不管是传输效率还是成本，体积和重量等都具有非常大的优势，因此可以断定这种解决方案在今后的实际应用中会大有前景，今天我们也会重点分析一下这类解决方案的发展趋势。
最后是光的传输，这个解决方案在车上的应用当前还处于早期预研阶段，由于一些明显的优缺点，后续前景怎么样还得是时间检验。
这里我们分析一下光传输的优点和缺点：
首先是优点，光的传输有非常好的S|性能，左上角这幅图列举了一定频率下不同传输介质的损耗值，我们可以看到，光路传输的损耗非常的小，在20GHz的频率下是PCB的几十分之一，另外光的传输是不需要考虑串扰和干扰的，工作频率可以做的很高很高，这个是光传输的最大优点；另外光传输另外的优点有传输距离长，体积小，重量轻，并且原材料来源丰富。原材料便宜等。
那么对于汽车的应用，他又有什么缺点呢：第一是短距离的传输成本高，功耗大，我们可以看到右边这两幅图是光传输的原理图，模拟信号转换为数字信号，然后光电转换为光的信号发出，另外一端也同样有光电转换，数字模拟信号的转换，这些个芯片和传感器的加入无疑给我们带来额外的费用和增加了不少的功耗，另外一点就是可靠性的问题，光连接器的接口端面是非常光滑的非常硬的玻璃材质，在高速振动的条件下两个端面会发生摩擦腐蚀，时间长了之后就会造成配合面的光滑程度受到破坏从而影响传输的可靠性。再有就是光纤的材质非常脆，很容易被折断
我们汽车应用场景下的高速传输也就是五六米以下，在当前甚至接下来的十年，铜的传输完全可以轻松解决汽车高速传输的应用需求，综合来看，我个人觉得都光的传输不会这么快地上车，至少不会大批量的上车应用，铜的传输仍然会是主流。
射频类连接器的代表有Fakre及Minifakre，它们都是传输模拟射频信号，他们都是可以做同样的事情，但是Minifakra．是后来出现的，尺寸及性能都比Fakra有很大的优势，右上角是Minifakra．左下角是Fakra。我们可以看到2Port的Eakra．尺寸比4Port的Minifakra还要大，所以现在很多车厂都抛去了Fakra，大面积采用Minifakra代替。
高度的集成化也会成为一个趋势，可以看到这个图片，集成了汽车以太网，集成了汽车射频。低速控制信号，甚至电源端子等，组合在一起之后不管是尺寸还是占板面积都会得到不少的提升，同时的话成本也会有不少的优势，和特斯拉有合作的友商相信都有感受得到，最近这种混装的项目越来越多。因此我们正在研发一些类似乐高搭积木，把相应接口模块化，想要什么样的配置就搭建什么样的配置，相信以后会给我们客户提供更加丰富的选择空间。
我认为汽车以太网是最具有潜力的，这里是简单介绍什么是汽车以太网连接器，随着高阶智能驾驶和汽车智能化的发展，车端产生和传输的数据量加大，汽车以太网传输作为一种经济，高效，并且轻量化的传输方案，近年来得到大面积的应用。
右边列举了两种典型的汽车以太网连接器。
右上角两幅图是速率在千兆及千兆以下的汽车以太网连接器，TE、罗森伯格等几家都有类似的解决方案，适配的线缆可以为非屏蔽或者是屏蔽式的双绞线。
随着速率的增加，后来有了下面这种类型的汽车以太网连接器，不少公司也推出了类似的解决方案。这种类型的汽车以太网连接器一般能够很好支持到10G的速率，并且具备升级到25G甚至56G的可能性。
这里我们需要了解一下以太网途率的一些概念，这里有两幅图，左边为数据通讯行业的以太网速率发展路标，我们可以看到当前单通道112G已经基本研发完成，单通224G已经正在研发了。
右边为车载高速互联的路标，我们当前正在用的是千兆，单通道5G及10G即将会商用。这个不是为了说明汽车以太网有多落后，目的是为了说明车载以太网的速率我们可以提更高的要求，我们还可以有更大的提升，另外我们也可以借用一些1CT领域成熟的经验用在汽车。
这里是我们提出的一种，高密度的汽车以太网互联解决方案，它在密度、速率、成本、重量上面都得到较大幅度的提升。
上面这个是当前4端口的，10G的汽车以太网连接器，下面这个是我们提出来的32端口。112G的高密度解决方案。
我们可以看到这种高密度的解决方案，单个差分对的成本，只有当前10G汽车以太网的1/3到1/2，整体重量降低了60%，速率提升了10倍，综合尺寸只有10G以太网的1/8。
这样的话我们或许我们，只需要一个连接器，就完成车内所有传感器的互联，或者我们可以用它来实现，车载超算模块的堆叠，从而得到更大的算力。
这个是两种形态的SI性能对比。
左边为当前汽车以太网我们的SI性能，由于一些结构上的限制，我们当时也是费了很大的力，才勉强做到满足25Gbps的这么一个速率。右边这种为我们新提出的高密度概念，由于链路变短了，很多结构和工艺优化了，所以很容易就做到了，能够满足112Gbps的性能，我们可以看到插损一直到40GHz都是很平滑的。串扰在工作频率28GHz下也是基本上在-45Db以下。
然而在哪些特征我们做了特殊设计呢，接下来的篇幅会大概有一些介绍！
在高速连接器在做信号完整性设计的时候，我们非常注重一个特征，叫Stub（中文名叫残桩），这个东西对高速信号的，平滑传输非常不友好，因此我们总希望把这个东西做小，最好是没有。这个页面，我们列举了常用的板端连接器的端接方式，我们从尺寸、可靠性，特别是对高速率支持的友好程度（主要考虑Stub大小）做一些分析。从这个表格看。我们就可以很容易理解到，为什么面对高速率的场景，我们当前的汽车以太网连接器的端接方式，需要做一些变化。
首先是通孔回流焊或者是波峰焊，当前10G的汽车以太网连接器就是采用这种方式，我们可以看到这种方式是这几种方式，Stub和尺寸最大的，红色这条线是示意的Stub长度，除此之外，还需要多一个过孔将信号导入到PCB的内层，因此高速上面这种结构不具备优势，我们认为在25G及以下速率，这种方式能够应对，但是速率高并且要求尺寸小之后，这种方式的弱点会被放大很多。
其次是表面贴装，可以看到stub比较小，这种方式对高速信号完整性是非常友好的，我们估计到224G的阶段，这种方式也是能够支撑的，尺寸方面可以做到0.25mm间距的情景。但是对于一些应用是受到一些限制的，比如双面焊接的时候可能容易掉件，矩阵排列的时候不容易检查内拍的焊接质量。
然后是压接，我个人比较喜欢这种方式，我们高密度的概念也是用的这种方式，加工方式为冷加工，不需要焊接，另外PCB背钻后Stub长度也可以得到控制，速率可以很好支持到112G，当然224G也是有可能，尺寸大小也适中，比较适用于矩阵排列，可以满足我们对高密度的应用需求，成本也是比较便宜。
最后是BGA的方式，我们当前芯片普遍采用这种方式，对信号完整性非常友好，但是缺点是焊接强度和可靠性稍微差一些，并且器件本身成本会贵一些，也存在和SMT一样双面焊接的一些风险。
针对裸线，我们在这里也是做了大胆的变革，左边这幅图是10G汽车以太网当前大家常用的形态，内部芯线是多芯方式，加上绝缘体之后双绞在一起，然后包裹铝箔，有的还会包裹一层中间绝缘层（也就是灰色的这层物质），然后再包金属编织网，最后再包裹外被，工艺还是相当复杂。
中间这个是我们建议的一种方式，中间芯线采用单股，平行排布结构，只需要包裹铝箔不需要编织网，外被做成椭圆形，右边这个是实测的性能对比，红色这条线是旧的结构，线芯大小为26AWG，蓝色这条线是新的结构，线芯为27AWG，线长为5米，从这个表现来看的话，我认为我们可以减小线径2个线规，比如以后在同样的损耗要求前提下，我们可以用28AWG的线代替当前26AWG的线。
下面这个表格做了一个大概的比较，在完成同样的功能的前提下，成本降低45%，重量降低60%，尺寸减小50%，性能还得到不少提升
这个是两种连接器核心接触件的尺寸对比，我们可以看到不管是长度，宽度，还是高度尺寸都小了很多
这个汇报有点偏技术，可能会有点乏味，再次感谢大家的时间，如果大家有疑问请大家随时沟通哈！
（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）
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