全球市場規模

2023年：約12億美元

（數據來源：Yole Développement）

2028年預測：超25億美元（CAGR 15.8%）

增長驅動力：

數據中心升級（400G/800G PHY需求）

汽車智能化（單車PHY數量從1-2顆增至10+顆）

工業4.0（工業以太網滲透率超50%）

區域市場分布

北美：40%（受數據中心與汽車電子驅動）

亞太：35%（中國為主要增長極，5G基站與電動車需求）

歐洲：20%（工業4.0與汽車產業鏈成熟）

市場競爭格局

北美：40%（受數據中心與汽車電子驅動）

亞太：35%（中國為主要增長極，5G基站與電動車需求）

歐洲：20%（工業4.0與汽車產業鏈成熟）

未來趨勢

1.技術方向：

超高速：800G PHY（PAM4調制，硅光集成）

低功耗：3nm工藝PHY芯片（功耗降低50%）

車規級：10G PHY支持L4/L5自動駕駛（2025年量產）

2.供應鏈變化：

美國限制高端PHY對華出口，加速國產替代進程。

臺積電/三星布局3nm PHY代工，爭奪高端市場。

產品功能

PRODUCT FEATURES

連接MAC與物理介質（銅纜/光纖），保障網絡穩定傳輸

1、信號調理

將MAC層發送的并行數據轉換為串行比特流，并對接收的模擬信號進行采樣、解碼，還原為數字信號；

2、數據編/解碼

補償高頻信號在長距離電纜中的衰減，并消除碼間干擾（ISI），恢復信號波形；

3、物理介質接口

雙絞線+光纖+背板；內置ESD防護和共模抑制；

4、功耗管理與診斷

空閑時關閉未使用的收發通道，低功耗模式下功耗可降低70%；具備檢測線纜開路/短路/阻抗異常，讀取鏈路狀態的功能；

5、鏈路協商與速率適配

通過FLP（快速鏈路脈沖）與對端設備協商最優速率（10/100/1000Mbps），并快速建立重新連接；

信號調理/數據編解碼

1、信號調理的必要性

·信號幅度調整：信號放大，便于采集；

·提高信噪比：去除電信號的噪聲干擾；

·信號轉換：通過函數關系實現信號轉換，便于對需要的參數觀測；

·滿足設備要求：信號匹配；

·實現遠距離傳輸：遠距離傳輸時可以抗干擾；

·保護設備：測量高壓信號時，對后端設備保護；

2、信號調理的流程（適用于大多數遠距離通信）

信號放大->濾波處理->信號轉換->線性化處理->隔離保護->調制解調- >電平調整;

PHY芯片產品結構框圖

STRUCTURE DIAGRAM

PHY芯片

PHY（Physical Layer）芯片是物理層的核心組件，負責以太網信號的發送和接收。主要功能包括：

? 信號轉換：

將數字信號轉換為適合網線傳輸的模擬信號（發送），并將模擬信號轉換為數字信號（接收）。

? 電氣保護：

通過網絡變壓器提供額外的電氣隔離，保護PHY芯片免受雷擊、電磁干擾等外部因素的損壞。

網絡變壓器

? 信號耦合與傳輸：將PHY芯片輸出的差分信號通過差模耦合的方式增強并傳輸到網線的另一端。

? 電氣隔離：隔離PHY芯片與網線之間的直流電平差異，防止不同設備之間的電壓差異損壞設備。

? 阻抗匹配：確保信號源、負載和傳輸線之間的阻抗匹配，減少信號反射和誤碼。

? 電磁干擾抑制：通過共模扼流圈（CMC）抑制共模噪聲，減少電磁干擾。

對于上述三部分，并不一定都是獨立的芯片，主要有以下幾種情況：

·CPU內部集成了MAC和PHY，難度較高；

·CPU內部集成MAC,PHY采用獨立芯片(主流方案)；

·CPU不集成MAC和PHY，MAC和PHY采用獨立芯片或者集成芯片(高端采用)；

選型參數

PARAMETERS

1、速率支持

? 支持的速率范圍：PHY芯片需要支持目標應用所需的以太網速率，如10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps、10 Gbps等；

? 自適應速率協商：支持自動協商功能，能夠根據對端設備的能力自動選擇最佳速率（如10/100/1000 Mbps）和雙工模式（全雙工/半雙工）。

2、接口標準

PHY芯片需要與上層MAC層兼容，常見的接口包括：

? MII：適用于10/100 Mbps以太網。

? RMII：簡化版MII，引腳數量更少，適用于10/100 Mbps。

? GMII：支持1 Gbps速率。

? RGMII：簡化版GMII，引腳數量更少，適用于1 Gbps。

? SGMII：串行接口，適用于1 Gbps，引腳數量更少。

? 物理介質接口（MDI）：支持的物理介質類型，如雙絞線（BASE-T）、光纖（BASE-X）、單對雙絞線（BASE-T1）等。

3、傳輸距離

? 傳輸距離：根據應用需求選擇支持所需傳輸距離的PHY芯片。如，1000BASE-T（千兆以太網）支持最長100米的雙絞線傳輸，而光纖PHY（如1000BASE-LX）可支持更長距離。

4、功耗

? 功耗水平：低功耗設計對于節能和散熱管理至關重要，尤其是在高密度設備（如交換機）和移動設備中。例如，支持EEE（Energy Efficient Ethernet）標準的PHY芯片可以在空閑時降低功耗。

? 熱設計：考慮PHY芯片的散熱需求，尤其是在高溫環境下或高密度應用中。

5、可靠性與穩定性

? 電氣隔離：通過網絡變壓器實現電氣隔離，保護PHY芯片免受雷擊、電磁干擾等外部因素的損壞。

? 抗干擾能力：PHY芯片應具備良好的電磁兼容性（EMC），能夠耐受工業環境中的電磁干擾。例如，符合CISPR 32、IEC 61000-4-2等標準。

? 工作溫度范圍：工業級PHY芯片通常支持寬溫范圍（如-40°C85°C），以適應惡劣環境。

6、特殊功能

? PoE支持：如果應用需要通過以太網電纜供電（如IP攝像頭、無線接入點），則需要選擇支持PoE（IEEE 80

? 診斷功能：支持鏈路狀態檢測、信號質量監測等功能，便于網絡維護和故障排查。

? 安全特性：在某些應用中，PHY芯片可能需要支持安全特性，如加密通信或認證功能。

速率差異與應用場景

APPLICATION SCENARIO

(1) 10/100Mbps PHY

應用場景：

工業控制：PLC、傳感器網絡（如Modbus TCP）

智能家居：智能插座、低功耗物聯網設備（如Zigbee網關）

車載診斷：OBD-II接口（100BASE-T1）

(2) 1Gbps PHY

應用場景：

消費電子：4K電視、NAS存儲

工業相機：機器視覺（實時圖像傳輸）

企業網絡：千兆交換機、路由器

(3) 2.5G/5G PHY（Multi-Gigabit）

應用場景：

工業控制：PLC、傳感器網絡（如Modbus TCP）

智能家居：智能插座、低功耗物聯網設備（如Zigbee網關）

車載診斷：OBD-II接口（100BASE-T1）

(4) 10G/25G PHY

應用場景：

數據中心：服務器互聯（SFP+/QSFP28）

5G基站：前傳網絡（eCPRI over 25G）

超高清視頻制作：8K視頻實時傳輸

(5) 40G/100G及以上 PHY

應用場景：

AI/超算集群：GPU/TPU互聯（InfiniBand替代）

核心骨干網：城域網/跨數據中心互聯

光通信：CPRI/OBSAI光纖前傳

接口差異與設計選擇

DESIGN CHOICES

(1)MII（Media Independent Interface）

速率：10/100Mbps

引腳數：16+

應用場景：

早期嵌入式系統（如ARM9工控板）

低復雜度設計（需外部MAC控制器）

缺點：布線復雜，逐步被RMII取代

(2) RMII（Reduced MII）

速率：10/100Mbps

引腳數：6（數據+時鐘）

應用場景：

成本敏感型設備（如家用路由器）

空間受限設計（IoT模塊）

優勢：簡化布線，支持50MHz時鐘

(3) RGMII（Reduced Gigabit MII）

速率：1Gbps

引腳數：12（雙沿采樣）

應用場景：

千兆交換機、工業網關

需兼容100M/1G的靈活設計

關鍵點：需嚴格時序控制（±1ns偏差容忍）

(4) SGMII（Serial Gigabit MII）

速率：1G/2.5Gbps

引腳數：2（差分對）

應用場景：

長距離板間連接（通過SerDes）

FPGA與PHY間高速通信

優勢：抗干擾強，支持背板傳輸

(5) USXGMII（Ultra Speed MII）

速率：10Gbps

引腳數：4（差分對）

應用場景：

多速率交換機（10M/100M/1G/10G自適應）

數據中心葉脊架構

特點：需低抖動時鐘（<0.5ps RMS）

可靠性測試

ADVANTAGES

可按需定制合適的可靠性策略

產品的可靠性測試嚴格按照如下國際標準：

AEC (Automotive Electronics Council)

JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)

MIL (Military Standard)

IEC (International Electro technical Commission)

為全面確保產品質量

從以下五個方面對產品進行可靠性保證：

制程工藝可靠性

封裝工藝可靠性

產品可靠性

量產可靠性監控

失效分析

審核編輯 黃宇