以太网物理层芯片产业发展行动指南

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1、以太网物理层芯片产业发展行动指南制定实施经济社会发展规划,以及区域发展、产业发展、城市建设和重大生产力布局规划,要明确产教融合发展要求,将教育优先、人才先行融入各项政策。结合实施创新驱动发展、新型城镇化、制造强国战略,统筹优化教育和产业结构,同步规划产教融合发展政策措施、支持方式、实现途径和重大项目。将产教融合作为促进经济社会协调发展的重要举措,融入经济转型升级各环节,贯穿人才开发全过程,形成企业学校行业社会协同推进的工作格局。一、 集成电路行业发展情况与未来发展趋势根据以太网联盟数据,基于铜介质的以太网技术从诞生至今历经了十兆以太网、百兆以太网、千兆以太网到万兆以太网的技术历程,目前规模应用

2、的主流技术是8023ab标准的千兆以太网。但随着无线网络应用设备的大量集中部署,以及实际接入速率已经可以达到13Gbps的IEEE80211ac无线终端的商用,千兆以太网传输将逐步向更高速率更迭。虽然升级到万兆以太网可以提供更高的网络带宽及传输速率,但是万兆网络端口需要配套Cat6/6a或以上线缆,在网络布线上会存在诸多不便,为响应市场对高速网络数据传输的发展需求,2016年IEEE协会正式发布了包含了25G/5G的两种传输速率规格的IEEE8023bz标准。IEEE8023bz标准明确定义了25G/5G以太网介质的访问控制(MAC)参数、物理层规范和管理通过25G/5G以太网传输的网络对象等

3、内容。基于IEEE8023bz标准的25G/5G以太网技术具备多方面优势特点,是目前基于双绞线的以太网技术重点发展方向之一。目前汽车总线技术以CAN总线为主,LIN总线为辅,CAN总线具有多主仲裁的特点,但是它在每个时间窗口里只能一个节点赢得控制权发送信息,其他节点都要变为接收节点,因此CAN总线只能实现半双工通讯,最高传输速度1Mbps(40m)。随着以新能源汽车为代表的当代汽车以电动化、网联化、智能化、共享化为发展趋势,继续使用CAN总线连接不仅将造成汽车电子系统成本大增,更无法满足高性能处理器实时高速双向数据交互的需求。车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器,使用非屏蔽双绞线

4、时可支持15m的传输距离(对于屏蔽双绞线可支持40m),同时车载以太网可通过使用回声抵消在单线对上实现双向通信,满足智能化时代对高带宽的需求。车载以太网是在普通以太网的基础上,针对车内通信技术需求研发的一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术。随着汽车智能化发展,车载以太网技术有望率先应用于智能驾驶及智能座舱,并在未来实现对整车现有车内通信技术的逐步替代,是近年以太网技术发展的重要方向之一。车载以太网的物理层基于博通的BroadRReach技术并由OPEN联盟进行标准化。IEEE协会在此基础上发布了以下车载以太网标准。标准的以太网具有开放性好、互操作性好的技术优势,但调度方式导致网络性能往

5、往不能满足确定性和实时性的要求。近年来,时间敏感网络(TSN)技术作为新一代以太网技术,因其符合标准的以太网架构,具有精准的流量调度能力,可以保证多种业务流量的共网高质量传输,兼具技术和成本优势,得以在音视频传输、工业、移动承载、车载网络等多个领域成为下一代网络承载技术的重要演进方向之一。时间敏感网络主要在时间同步、流量调度以及互操作三个方面对以太网技术协议进行了优化升级,包括利用gPTP技术提升时间同步机制的性能,利用时间分片、抢占、流过滤等技术扩展流量调度手段,以及利用路径控制、冗余设备以及YANG模型等技术增强网络的互操作功能。目前标准的制定主要集中在基于标准以太网的基础共性标准以及结合

6、应用场景的技术细化和升级两个方面。时间敏感网络旨在为以太网协议建立通用的时间敏感机制,以确保网络数据传输的时间确定性,同时利用数据整形,确保无论发生链路故障、电缆断裂以及其他错误,均能强制实现可靠的通讯,确保关键流量的复本在网络中能以不相交集的路径进行传送,只保留首先到达目的地的任何封包,从而实现无缝冗余,达到超高的可靠性。当前,世界各国正在经历着传统经济向数字经济的转型,数字经济的全面爆发使得网络传输芯片的重要性日益凸显,以太网通信已成为当前经济和社会发展中不可或缺的战略性基础设施。2019年,工信部正式发放5G商用牌照,标志着中国正式进入5G商用元年,运营商开始在一二线城市大规模部署5G基

7、站,并带来了以智能手机为主的移动终端产品的更新。根据工信部公开数据,截至2020年底,我国已建设超70万个5G基站,5G终端连接数已超18亿。同时,2021年全国工业和信息化工作会议和三大运营商2021年工作会议在北京召开,宣布2021年我国将新建5G基站60万个以上,较2020年继续提速。5G商用正式启动,5G网络建设开始驶入快车道。随着5G网络的建设以及未来5G网络的全面普及,对于适用于5G承载网络的以太网芯片的市场需求也将快速提升。2019年,WIFI6无线局域网标准发布,带来路由器的更新需求。WIFI6是第六代无线接入技术,适用于个人室内无线终端上网,具有传输速率高、系统简单、成本低等

8、优点,目前WIFI6的单流带宽已经达到1201Mbps,最大带宽支持96Gbps,速度可以达到目前通用的Wi-Fi5的27倍,未来的应用领域广泛。IDC数据指出,WIFI6在2019年第三季度开始从一些主流厂商陆续登场,WIFI6路由器的产值预计将保持114%的复合增长率,并在2023年达到522亿美元。无线终端的速率提升除了要求无线接入点(AP)、接入控制器(AC)等无线设备支持更高的速率和性能,同时也要求以以太网为主干的骨干网络的汇聚和核心层设备提供充足的带宽资源。5G及WIFI6等无线通讯技术的发展意味着汇聚层设备必须提供高密度的高速接口,来汇集接入设备的流量,将在极大程度上推动以太网技

9、术的发展和更新。近年来物联网和人工智能的迅速发展一方面催生出大量物联网设备的网络接入需求,用户对企业、服务提供商和家庭网络的传输数据量呈几何倍增长,另一方面由于机器学习需要海量的数据资源素材作为基础,高清摄像头、语音采集等终端设备联网增多带来数据量不断上升,图像视频处理、模式识别和计算机视觉等领域的数据传输量巨大,均急需快速、高效、可靠、稳定的网络传输作为基础。根据IDC预测,全球AloT市场规模将从2019年的约2,260亿美元上升至2022年的约4,820亿美元,年平均增长率达2865%;万物互联数据规模将从2019年的约136ZB上升至2025年的794ZB。以太网作为应用最广泛的局域网

10、传输技术,在传输可靠性、稳定性等方面具有明显优势,可以为物联网设备、操作系统和软件应用运行提供基础网络层,故而以太网技术广泛应用于机器设备传输以及摄像头等终端采集设备传输中。随着物联网和人工智能发展带来的数据传输量不断攀升,其应用将在现有基础上不断扩展,同时也将推动以太网端口性能的持续提升。车载网络多年发展至今已形成以CAN总线为主流,多种总线技术并存的解决方案。但随着近年来汽车电子化浪潮的快速发展,汽车内部电子电气元器件的数量和复杂度大幅提升,单辆车ECU数量已逐渐从20-30个发展到100多个,部分车辆线束长度已高达25英里,E/E架构已经不能满足汽车智能化时代的发展需求,故而车载网络转向

11、域控制和集中控制的趋势越来越明显,总线也需要往高带宽方向发展。目前博世、采埃孚等纷纷提出下一代网络架构,特斯拉在Model3和ModelY中已采用域控制结构。架构的改变和自动驾驶传感器带来的大量数据处理需求,都使得带宽成为下一代汽车网络技术的关键。与传统的车载网络不同,车载以太网可以提供带宽密集型应用所需的更高数据传输能力,同时其技术优势可以很好地满足汽车高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟、轻量化等方面的要求,将成为下一代汽车网络的关键技术。二、 集成电路行业概况(一)集成电路简介集成电路是指采用一定工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等,制作在一小块或几小块半

12、导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的一种微型电子器件或部件,封装完成的集成电路亦被简称为芯片。自1958年全球第一块集成电路研制成功至今,随着技术的飞速发展和应用领域不断扩大,集成电路已成为电子信息产业的基础支撑,其产品被广泛地应用于电子通信、计算机、网络技术、物联网等产业,是绝大多数电子设备的核心组成部分。21世纪被称为信息化时代,人类活动与信息系统息息相关,而集成电路作为信息系统的核心在很大程度上决定了信息安全的发展进程,因此世界各国政府都将其视为国家的核心骨干产业,集成电路产业的发展水平已逐渐成为了国家综合实力的象征之一。(二)集成电路产业链集成电路产业链由

13、上游的EDA工具、半导体IP、材料和设备,中游的集成电路设计、晶圆制造、封装测试以及下游的系统厂商组成。集成电路设计环节是根据芯片规格要求,通过架构设计、电路设计和物理设计,最终形成设计版图。其上游为EDA等工具供应商和半导体IP供应商,分别提供芯片设计所需的自动化软件工具和搭建系统级芯片所需的功能模块。晶圆制造环节是将设计版图制成光罩,将光罩上的电路图形信息蚀刻至硅片上,在晶圆上形成电路的过程。芯片封装环节是将晶圆切割、焊线、封装,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护的工艺过程。芯片测试环节是对封装完毕的芯片进行功能和性能测试,测试合格后,芯片成品即可使用。其上游为原材

14、料和设备供应商,主要提供所需的核心生产资料。其中,集成电路设计产业是典型的技术密集型行业,是集成电路产业各环节中对科研水平、研发实力要求较高的部分。芯片设计水平对芯片产品的功能、性能和成本影响较大,因此芯片设计的能力是一个国家或地区在芯片领域能力、地位的集中体现之一。集成电路产业链的下游为系统厂商。三、 以企业为主体推进协同创新和成果转化支持企业、学校、科研院所围绕产业关键技术、核心工艺和共性问题开展协同创新,加快基础研究成果向产业技术转化。引导高校将企业生产一线实际需求作为工程技术研究选题的重要来源。完善财政科技计划管理,高校、科研机构牵头申请的应用型、工程技术研究项目原则上应有行业企业参与

15、并制订成果转化方案。完善高校科研后评价体系,将成果转化作为项目和人才评价重要内容。继续加强企业技术中心和高校技术创新平台建设,鼓励企业和高校共建产业技术实验室、中试和工程化基地。利用产业投资基金支持高校创新成果和核心技术产业化。四、 原则和目标(一)统筹协调,共同推进将产教融合作为促进经济社会协调发展的重要举措,融入经济转型升级各环节,贯穿人才开发全过程,形成企业学校行业社会协同推进的工作格局。(二)服务需求,优化结构面向产业和区域发展需求,完善教育资源布局,加快人才培养结构调整,创新教育组织形态,促进教育和产业联动发展。(三)校企协同,合作育人充分调动企业参与产教融合的积极性和主动性,强化政

16、策引导,鼓励先行先试,促进供需对接和流程再造,构建校企合作长效机制。深化产教融合的主要目标是,逐步提高行业企业参与办学程度,健全多元化办学体制,全面推行校企协同育人,用10年左右时间,教育和产业统筹融合、良性互动的发展格局总体形成,需求导向的人才培养模式健全完善,人才教育供给与产业需求重大结构性矛盾基本解决,职业教育、高等教育对经济发展和产业升级的贡献显著增强。五、 强化企业职工在岗教育培训落实企业职工培训制度,足额提取教育培训经费,确保教育培训经费60%以上用于一线职工。创新教育培训方式,鼓励企业向职业学校、高等学校和培训机构购买培训服务。鼓励有条件的企业开展职工技能竞赛,对参加培训提升技能等级的职工予以奖励或补贴。支持企业一线骨干技术人员技能提升,加强产能严重过剩行业转岗就业人员再就业培训。将不按规定提取使用教育培训经费并拒不改正的行为记入企业信用记录。六、 统筹职业教育与区域发展布局按照国家区域

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